关于JDK1.6、1.7、1.8三个版本，HaspMap的实现是有区别的，特别是1.8，对hashmap的结构进行了较大的变化。
1.6整体采用的是位桶+链表的方式，而1.8使用的是位桶+链表+红黑树实现，链表的阈值是8，超过后就由链表变成红黑树，大大增加了查询的效率,HashMap结构图
HashMap源码结构
//Node是单向链表，它实现了Map.Entry接口
static class Node implements Map.Entry {
final int hash;
final K key;
V value;
Node next;
//构造函数Hash值 键 值 下一个节点
Node(int hash, K key, V value, Node next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + = + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
//判断两个node是否相等,若key和value都相等，返回true。可以与自身比较为true
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry e = (Map.Entry)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}
//红黑树
static final class TreeNode extends LinkedHashMap.Entry {
TreeNode parent; // 父节点
TreeNode left; //左子树
TreeNode right;//右子树
TreeNode prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red; //颜色属性
TreeNode(int hash, K key, V val, Node next) {
super(hash, key, val, next);
}
//返回当前节点的根节点
final TreeNode root() {
for (TreeNode r = this, p;;) {
if ((p = r.parent) == null)
return r;
r = p;
}
}
}
transient Node[] table;//存储（位桶）的数组
以上3个数据结构，可以大致联想到HashMap的实现。首先有一个每个元素都是链表的数组，当添加一个元素（key-value）时，就首先计算元素key的hash值，以此确定插入数组中的位置，但是可能存在同一hash值的元素已经被放在数组同一位置了，这时就添加到同一hash值的元素的后面，他们在数组的同一位置，但是形成了链表，所以说数组存放的是链表。而当链表长度超过8时，链表就转换为红黑树。
Hashap构造函数
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
// 初始值为负
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
// 初始值大于最大容量
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
// 负载因子为负数或者空
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
// 新的扩容值
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
Map中，threshold = initialCapacity * loadFactor；所以在这里面，loadFactor越小，占用的空间就越多，查询检索的效率就越高；反之loadFactor越大，占用空间就小，而查询检索效率就低。由于haspMap的定义就是空间换时间，loadFactor负载因子值设置非常重要。
默认情况下，loadFactor为0.75，threshold 为12；如果loadFactor为1，threshold 就是16，为什么说loadFactor越大，空间占用小？比如一个为15的Map放入，那么在loadFactor在0.75时，threshold 12是需要是需要扩容一倍的，此时初始空间为32；而为1的情况下不需要扩容
，所以占用空间就小。扩容后，位桶table也会增大，为旧的两倍，对比不扩容，位桶上hash冲突会减少很多，检索查询效率自然会高些。
HashMap扩容机制
构造hash表时，如果不指明初始大小，默认大小为16（即Node数组大小16），如果Node[]数组中的元素达到（填充比*Node.length），就会进行扩容，由于扩容存在数组复制，扩容是比较耗费时间的。
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
// 旧的容量已经达到极限
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
// 旧的容量翻倍后没有到极限值，且大于等于默认值
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; //扩容值翻倍
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // 未设定使用默认值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) { //新建数组的情况下
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
//数组转到到新的数组中，分红黑树和链表讨论
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null) // 空值
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode) // 若为红黑树，直接分离
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // 链表时，需要复制新的
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
put/get 说明
判断键值对数组tab[]是否为空或为null，否则resize()；
根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果tab[i]==null，直接新建节点添加，否则转入3
-
判断当前数组中处理hash冲突的方式为链表还是红黑树(check第一个节点类型即可),分别处理。
static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; //table为空的时候，n为table的长度 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) // (n - 1) & hash 与1.6中indexFor方法的实现相同，若i位置上的值为空，则新建一个Node，table[i]指向该Node。 tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { // 若i位置上的值不为空，判断当前位置上的Node p 是否与要插入的key的hash和key相同 Node<K,V> e; K k; if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p;//相同则覆盖之 else if (p instanceof TreeNode) // 不同，且当前位置上的的node p已经是TreeNode的实例，则再该树上插入新的node。 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { // 在i位置上的链表中找到p.next为null的位置，binCount计算出当前链表的长度，如果继续将冲突的节点插入到该链表中，会使链表的长度大于tree化的阈值，则将链表转换成tree。 for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; } 代码 (n - 1) & hash； hash先由key值通过hash(key)获取，再通过 hash &（n即为length-1）得到所在数组位置。一般对于哈希表的散列常用的方法有直接定址法，除留余数法等，既要便于计算，又能减少冲突，但是取模中的除法运算效率很低，所以HashMap则通过hash &（length-1）。
一是保证使用 和运算时能够最大的在位桶上均分hash值，减少hash冲突，上图在未-1情况下，都只有一种结果；数组的length永远是2的N次方，那么length-1最后转成2进制，最后一位都是1，& 操作就可能出现0 或 1，如果不减1，那么2进制最后一位永远都是0，& 的运算结果只有0，明显增加了hash的冲突；
二是保证了结果都在length的长度内，& 操作后，结果永远都是 <= length 或者length -1，但在极端情况下出现 Node[length]，就会出现问题，而Node[length -1]不会。
在HashMap实现中还可以看到如下代码取代了以前版本JDK1.6的while循环来保证哈希表的容量一直是2的整数倍数，用移位操作取代了循环移位。
//这段代码保证HashMap的容量总是2的n次方
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
ConcurrentHashMap 总结
ConcurrentHashmap 使用的是位桶+链表/红黑树实现，结构与hashmap一样，它摒弃了以前Segment（锁段）的概念，而用了一种新的方式实现,CAS算法实现，并且为了实现并发，加入了如treeBin等辅助类；treeBin并不负责包装用户的key、value信息，而是包装的很多TreeNode节点。它代替了TreeNode的根节点，也就是说在实际的ConcurrentHashMap“数组”中，存放的是TreeBin对象
Node节点类中与hashmap不一样的是，在对value和next属性设置了volatile同步锁，不允许调用setValue方法直接改变Node的value域，但增加了find方法。
一个重要的属性sizeCtrl用来表示扩容的情况的标识，正数或0代表hash表还没有被初始化，这个数值表示初始化或下一次进行扩容的大小；-1代表正在初始化；-N 表示有N-1个线程正在进行扩容操作。
put操作
第一步：初始化，对于ConcurrentHashMap来说，调用它的构造方法仅仅是设置了一些参数而已。而整个table的初始化是在向ConcurrentHashMap中插入元素的时候发生的。如调用put、computeIfAbsent、compute、merge等方法的时候。
第二步：在存入值前，key值hash化，遍历位桶数组，如果发现需要扩容，则首先扩容。构建一个2倍中间的nexttable表，在需要复制的地方，先将一个null节点设置为ForwardingNode，然后加锁，复制内容；其他线程遍历到这个节点时，就会跳过往下一个节点继续遍历，直到复制玩内容，sizeCtrl变成扩容后的0.75n
第三步：如果当前hash没被占用，会被直接存储。如果hash有冲突，若当前节点下为链表，则会依次比对，hash和key都相同，则替换value值；没有就将当前值插入到链表最后，当发现链表长多超过8时，会转成红黑树，但在位桶中存的是TreeBin，TreeBin存放的是TreeNode。如果有冲突且节点下为treeBin时，则按照红黑树查找，存放到相应位置。
get操作，get方法比较简单，给定一个key来确定value的时候，必须满足两个条件 key相同 hash值相同，对于节点可能在链表或树上的情况，需要分别去查找。
size对于ConcurrentHashMap来说，这个table里到底装了多少东西其实是个不确定的数量，因为不可能在调用size()方法的时候像GC的“stop the world”一样让其他线程都停下来让你去统计，因此只能说这个数量是个估计值，主要运用了mappingCount!
