HashMap详解

问题导入：

 HashMap底层数据结构，如何处理hash冲突，为何HashMap的大小要设置为2的n次幂，为什么IndexFor方法里，需要hash&length-1，为什么HashMap允许null值，resize()过程，多线程下resize为什么会出现死循环？

1. HashMap的底层数据结构

         Hash采用的是链地址法(数组+链表)解决hash冲突问题(无外乎在取值和存值的时候，key会不会冲突)，其中在hashMap内部定义了一个静态的内部类Entry，Entry包含key,value，next。

2.初始化HashMap

    分为两种情况，利用a.自定义的初始化的容量，b.利用HashMap内部定义的长度DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16默认是16，利用默认的长度就是创建一个Entry[] table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY ];我们重点讲解的是第一种情况，随机定义一个初始化的容量，

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

        int capacity = 1;//默认都是从1开始，位移，达到所有的容量都是2的n次幂

        while (capacity < initialCapacity)

            capacity <<= 1;//左移1位

        this.loadFactor = loadFactor;

        threshold = (int)(capacity * loadFactor);//阈值

        table = new Entry[capacity];//生成table数组

        init();

    }

注意table初始大小并不是构造函数中的initialCapacity！！

而是 >= initialCapacity的2的n次幂

引入新的问题：为什么这么设计数组的长度2的n次幂：其实为了更好的解决hash冲突

3. HashMap的存取

  从  get(key)， put(key,value)入手，这两个容易发生hash冲突的地方，冲突主要是key的定位

存储时:

 int hash = hash(key.hashCode());//先计算key的hashCode，然后再hash

 int i = indexFor(hash, table.length);//定位到具体的table数组中

取值时:

 int hash = hash(key.hashCode());//先计算key的hashCode，然后再hash

 int i = indexFor(hash, table.length);//定位到具体的table数组中

 Entry[i];

3.1 put(key,value)的详解

      当存入值的时候，先计算key的hashCode,然后再hash，然后通过indexFor()定位到具体的table数组中，这时候出现当多个key定位到数组的同一个位置，先遍历该位置上的链表，判断有没有key相同,如果有的话，更新对应key的value,如果没有插入到头节点

public V put(K key, V value) {

        if (key == null)

      returnputForNullKey(value);//放入null值的时候，null总是放在数组的第一个链表中

        int hash = hash(key.hashCode());

        int i = indexFor(hash, table.length);//定位table的位置

        //遍历链表

        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {

            Object k;

            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

                V oldValue = e.value;

                e.value = value;       //如果key在链表中已存在，则替换为新value

                e.recordAccess(this);

                return oldValue;

            }

        }

        modCount++;

        addEntry(hash, key, value, i);

        return null;

    }

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];

    table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); //参数e, 是Entry.next

    if (size++ >= threshold)

            resize(2 * table.length);    //如果size超过threshold，则扩充table大小，再散列

        //先加入值，再扩容，可能导致最后一次扩容的浪费(用不着了)

}

3.2 get(key)

 public V get(Object key) {

        if (key == null)

            return getForNullKey();//当key为null的时候

        int hash = hash(key.hashCode());  //先定位到数组元素，再遍历该元素处的链表

        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null;e = e.next) {

            Object k;

            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))

                return e.value;

        }

        return null;

}

3.3 null的存取

null key总是存放在Entry[]数组的第一个元素。

   private V putForNullKey(V value) {

        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {

            if (e.key == null) {

                V oldValue = e.value;

                e.value = value;

                e.recordAccess(this);

                return oldValue;

            }

        }

        modCount++;

        addEntry(0, null, value, 0);

        return null;

    }

    private V getForNullKey() {

        for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {

            if (e.key == null)

                return e.value;

        }

        return null;

}

3.4确定table数组的位置

    static int indexFor(int h, int length) {

        return h & (length-1);

    }

按位取并，作用上相当于取模mod或者取余%。

因为hashMap容量的变化，我们总是将容量定位>=initCapacity的2的次幂，所以length-1,则每个位置上都是1，这样的与运算，可以保证均匀定位

3.5 resize()重新扩容

void resize(int newCapacity) {//newCapacity的值是旧的capacity的值的2倍，保证容量一直是2的次幂

        Entry[] oldTable = table;

        int oldCapacity = oldTable.length;

        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

            threshold = Integer.MAX_VALUE;

            return;

        }

        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];//创建新的table数组

        transfer(newTable);//旧的hashMap到新的hashMap值的转移

        table = newTable;

        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);

    }


 void transfer(Entry[] newTable) {

        Entry[] src = table;

        int newCapacity = newTable.length;

        for (int j = 0; j < src.length; j++) {

            Entry<K,V> e = src[j];

            if (e != null) {

                src[j] = null;

                do {

                    Entry<K,V> next = e.next;

                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //重新计算index

                    e.next = newTable[i];

                    newTable[i] = e;//头插法插到链表中

                    e = next;

                } while (e != null);

            }

        }

    }

4.多线程并发的情况

在并发的情况下容易出现死循环

void transfer(Entry[] newTable) {

        Entry[] src = table;

        int newCapacity = newTable.length;

        for (int j = 0; j < src.length; j++) {

            Entry<K,V> e = src[j];

            if (e != null) {

                src[j] = null;

                do {

                    Entry<K,V> next = e.next;//如果在线程一执行到第9行代码就被CPU调度挂起，去执行线程2，且线程2把上面代码都执行完毕

                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

                    e.next = newTable[i];

                    newTable[i] = e;

                    e = next;

                } while (e != null);

            }

        }

    }


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