HashMap底层源码理解笔记

HashMap map = new HashMap<>();
		
String put1 = map.put(new Student("Mary", '女', 22, "2205", "001"),"听歌");
System.out.println(put1);//null

String put2 = map.put(new Student("Green", '女', 20, "2205", "002"),"看书");
System.out.println(put2);//null

String put3 = map.put(new Student("Lisa", '女', 23, "2205", "003"),"旅行");
System.out.println(put3);//null

String put4 = map.put(new Student("Lisa", '女', 23, "2205", "003"),"品茗");
System.out.println(put4);//旅行

String put5 = map.put(null, "闻香");
System.out.println(put5);//null

String put6 = map.put(null, "赏花");
System.out.println(put6);//闻香

public class HashMap extends AbstractMap implements Map{
    
    //默认初始化长度（必须是2的幂）
	static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 16    
    //最大长度
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    //默认负载因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    //空内容的数组
    static final Entry[] EMPTY_TABLE = {};
    //hash数组、hash表
    transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;// new Entry[16];
    //元素个数
    transient int size;
    //阈值
    int threshold;// 12
    //负载因子
    final float loadFactor;// 0.75f
    //操作数
    transient int modCount;
    //hash种子数
    transient int hashSeed = 0;
    
    public HashMap() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }
    
    // initialCapacity - 16
    // loadFactor - 0.75f
    public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                               initialCapacity);
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))//NaN - Not a Number
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);

        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = initialCapacity;
        init();
    }
    
    // key - null
    // value - "赏花"
    public V put(K key, V value) {
        //第一次添加元素时进入的判断
        if (table == EMPTY_TABLE) {
            inflateTable(threshold);
        }
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //获取key的hash值
        int hash = hash(key);
        //通过hash值获取在数组中的下标
        int i = indexFor(hash, table.length);
        //说明hash碰撞了
        for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                // oldValue - 旅游
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;//返回被替换掉的值
            }
        }

        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
    
    // value - "赏花"
    private V putForNullKey(V value) {
        for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {
            if (e.key == null) {
                //闻香
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;//返回被替换掉的值
            }
        }
        modCount++;
        addEntry(0, null, value, 0);
        return null;
    }
    
    // hash - 0
    // key - null
    // value - "闻香"
    // bucketIndex - 0
    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //判断是否扩容（元素个数大于阈值 并且 下标上的元素不为null）
        if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
            //扩容的预处理
            resize(2 * table.length);
            //重新计算key的hash值
            hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
            //重新计算在数组中的下标
            bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
        }

        createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
    }
    
    // newCapacity - 32
    void resize(int newCapacity) {
        Entry[] oldTable = table;
        // oldCapacity - 16
        int oldCapacity = oldTable.length;
        //判断原数组的长度已经等于 数组的最大值
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            //int最大值赋值给阈值
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }

        //创建新数组
        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
        //1.重新计算hash种子数 2.将原数组的数据迁移到新数组中
        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
        //将新数组的引用赋值给原数组
        table = newTable;
        //重新计算阈值
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    }
    
    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
        int newCapacity = newTable.length;
        for (Entry e : table) {
            while(null != e) {
                Entry next = e.next;
                if (rehash) {
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
                }
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            }
        }
    }
    
    // hash - 0
    // key - null
    // value - "闻香"
    // bucketIndex - 0
    void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        Entry e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        size++;
    }
    
    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }
    
    final int hash(Object k) {
        int h = hashSeed;
        if (0 != h && k instanceof String) {
            return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
        }

        h ^= k.hashCode();

        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }
    
    // toSize - 16
    private void inflateTable(int toSize) {
        
        // capacity - 16
        int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);

        threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
        table = new Entry[capacity];
        initHashSeedAsNeeded(capacity);
    }
    
    //获取hash种子数
    final boolean initHashSeedAsNeeded(int capacity) {
        boolean currentAltHashing = hashSeed != 0;
        boolean useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
                (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
        boolean switching = currentAltHashing ^ useAltHashing;
        if (switching) {
            hashSeed = useAltHashing
                ? sun.misc.Hashing.randomHashSeed(this)
                : 0;
        }
        return switching;
    }
    
    // number - 16
    private static int roundUpToPowerOf2(int number) {
       
        return number >= MAXIMUM_CAPACITY
                ? MAXIMUM_CAPACITY
                : (number > 1) ? Integer.highestOneBit((number - 1) << 1) : 1;
    }
    
    //映射关系类/节点类
    static class Entry implements Map.Entry {
        final K key; ------- key
        V value; ----------- value
        Entry next; --- 下一个节点的地址
        int hash; ---------- key的hash值

        Entry(int h, K k, V v, Entry n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }
    }
}

1.JDK1.7版本的HashMap底层数据结构是什么？

一维数组+单向链表

2.HashMap的默认初始化容量是多少？

1<<4 --> 16

3.HashMap容量为什么是2的幂？

因为获取元素在数组中的下标的算法是：key的hash值 & length-1

如果数组长度不是2的幂，length-1的二进制表示中就会出现0，导致该位置上永远取不到

4.Hashmap最大容量是多少？

1<<30 --> 1073741824

5.Hashmap最大容量为什么是1<<30？

容量为int类型，并且容量必须是2的幂，而int类型取值范围内最大的2的幂的数字就是1<<30

6.HashMap中默认的负载因子是多少？起到什么作用？

默认的负载因子为0.75f

负载因子是控制扩容（数组长度*负载因子）

7.HashMap中默认的负载因子为什么是0.75f？

取得时间和空间的平衡

如果负载因子过小，存放一点数据就扩容，牺牲了空间，利用了时间

如果负载因子过大，将数组存满后才扩容，牺牲了时间，利用了空间

8.HashMap何时扩容？

元素个数大于等于阈值，并且插入的位置上不等于空

9.HashMap的扩容机制？

原来数组的两倍

10.什么是hash碰撞？

key的hash值相同，在数组中的下标也是相同的，并且比较的过程叫做hash碰撞

11.怎么提高HashMap的效率？

重写hashCode和equals，减少hash碰撞的次数

12.HashMap存储null键的位置？

hash数组中下标为0的位置

13.什么是Hash回环？

多线程下会出现的问题

一个线程不断的添加，导致map扩容

一个线程不断的遍历数据

扩容的时候指针变成闭环

这个问题应该是程序员背的锅，因为HashMap明确声明该实现不是一个线程安全的，所以多线程下必须使用线程安全的map -- ConcurrentHashMap

14.JDK1.7版本的HashMap和JDK1.8版本的HashMap有什么区别？

JDK1.7版本的HashMap：一维数组+单向链表，头插法

JDK1.8版本的HashMap：一维数组+单向链表+红黑树，获取hash值（高16位^低16位），尾插法

15.JDK1.8版本的HashMap的数据结构？

一维数组+单向链表

当数组长度大于64并且单向链表大于8，从一维数组+单向链表转换为一维数组+红黑树

这样的设计是为了效率

单向链表小于6，又会从一维数组+红黑树变会到一维数组+单向链表

16.为什么JDK1.8中HashMap的单向链表大于8变成红黑树？

因为泊松分布

看底层的学习方法：

找场景
类的继承关系
看属性
创建对象 -- 成员变量初始化、构造方法中的逻辑
添加数据（3个、4个、添加特殊的数据-null）
扩容
删除、查询、修改....

HashMap底层源码理解笔记

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