标签：jdk1.8 hash HashMap 16 链表 源码 线程 数组 浅析

一、设计初衷

数组查询效率高，增删效率低，链表反之，HashMap为了考虑查询、增删效率综合，考虑用数组，和链表，但由于链表长度过长，感性角度，影响美观，其次要查询最末节点值，需要遍历的链表节点很长很多，不能无限制的让加长，因此链表长度超过8时，jdk1.8后引入了红黑树

上图每个框框元素是什么呢？hashMap.put(“a”, 1)时，key,value是核心，不妨可以把key，value两者作为一个整体存储到对应的节点中。
面向对象开发思想，HashMap设计出内部类Node，
链表维护：

数组维护：成员变量 Node<K,V>[] table

二、源码分析

前提：HashMap中一开始是什么都没有的，先形成数组，然后形成链表，在形成红黑树的

1 初始化数组源码分析

当调用put方法时，首先判断成员变量 Node<K,V>[] table 中table数组是否为空

如果数组长度为空，调用resize()方法初始化数组

2 数组下标判断源码分析

前提：
1.先得到一个整形数值 key.hashCode(), Object对象中的native方法，返回整形数值，而且是32位的
2.整形数值范围控制在【0，15】 hashCode %16 构造函数未传参数时数组默认值是16

左位移运算符：1<<4 二进制1，向左移4位 二进制10000=2的4次方（源码不直接写十进制16，因为计算机底层计算都是二进制，写16又去转二进制没必要）

put 是先判断放的位置是否有元素，没有可直接放，有元素需想一想该怎么放
下面来分析源码，判断没有元素，new一个新的节点存入的判断方法

代码解析:tab[i = (n - 1) & hash]

n ：数组的大小（构造函数传参的，或默认值16 must be a power of two）
hash : Node节点中 key.hashCode（）的值 230072477 32位类型整数 （优化16^16）00101010101010110101000011101011
hash%n 等价 (n - 1) & hash
n-1 二进制运算 10000(16的二进制)-1=01111:
此时（n-1）&hash
00101010101010110101000011101011 操作数1
01111 & 操作数2
范围 00000-01111 之间 即 【0-15】
即 hash%n也是【0-15】即 hash%n 等价 (n - 1) & hash

由以上计算推出，操作数2除最高位是0，其余位是1，其实不参与运算，结果取决于操作数1，来自于hash结果，非常重要

因此hash key.hashCode() 只有最后几位参与运算，为了不让只有最后几位参与运算，优化：让每一位尽可能参与运算
0010101010101011 高16位
0101000011101011
hash----0与1几率相同，由下图可以看出异或最均匀

由以下源码也可以看出put时，先调用了hash函数，对key.hashCode() 向右位移16位，相当于把高16位挤到了低16位即16^16

上面 n-1得到 操作数2（01111） 不参与运算即需保证操作数2除第一位数为0，后面的位数必须全为1，否则操作数1算的不均匀就前功尽弃，那么该怎么保证呢？

由于100000-1=011111，1000000后面不管有多少个0，其n-1的结果永远是第一位数是0，其余位数全为1

那么又如果保证n的第一位数是1，其余位数是0呢？也就是说数组大小如何保证10000…呢，则看源码提示must be a power of two 即指定必须是2^n，即2的4次方为16（数组的初始容量的默认值）

如果我们HashMap构造函数初始化容量传参20偏偏不是2的次方呢，不满足操作数2的规律了，怎么办，继续看源码分析

即使你初始化容量20捣乱，会执行tableSizeFor（20）进行调整成最解决的2的n次幂

4.存入数据源码分析

put方法时，当key相同，新值把oldValue值覆盖，并把旧值返回

key不同
key节点类型 TreeNode,树形结构，用红黑树的方式调用putTreeVal方法进行遍历存储值

链表结构，核心找到链表的尾节点，Node放在后面，尾节点特征，不在有下一个next指向，
因此需要循环遍历当前数组下面的链表，直到找到下一个next节点为空，才能进行放新元素即尾插法（但jdk1.7是头插法，头插法容易形成死循环，整体移动距离较多）

插元素, 当链表长度>=8时 转换为红黑树

疑惑：数组默认16，数组的大小会不会不够用呢？
数组扩容 界限 12=16 * 0.75 即limit=初始容量*加载因子 当存储的数据量达到12啦，就开始扩容 代码如图

初始化、扩容resize()判断条件理解

扩容数组移动分析
当前next指针为空，用新的容量，hash&n-1

是红黑树 split打散，进行新的分配

是链表，需循环遍历链表 ，将链表移到新的位置，要么是原来的位置，要么是原来位置+原容量的位置

三、HashMap总结

1 HashMap中put方法过程

1. 对key求hash值，然后计算下标
2. 如果没有碰撞，直接放入桶中
3. 如果碰撞了，以链表的方式链接到后面
4. 如果链表的长度超过8，则链表转换为红黑树
5. 如果节点已存在就替换旧值
6. 如果桶满了（容量*加载因子），需要扩容

2 HashMap中hash函数是怎么实现的

1. 高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或
2. （n-1）&hash得到下标

3 HashMap扩容

1. 容量扩容为原来的2倍(HashMap的初始容量都是2的n次幂)，然后对每个节点重新计算hash值
2. 值只可能两个地方，一是原下标位置，二是原下标+原容量的位置

四、ConcurrentHashMap线程安全

1 数组初始化

HashMap没有保证线程安全,HashTable直接在每个方法加synchronized，太简单粗暴不可取，需细化
ConcurrentHashMap 数组初始化 CAS无所化机制线程安全的保障:拿的都是线程中的最新的值，当前内存中的值与线程中的值进行比较

2 put值

检查数组某个位置是否为null，为null，采用CAS无所化机制，插入，只能有一个线程操作

检查数组某个位置不为null,synchronized (当前数组下标节点)，不会影响其它数组下标的锁机制，把锁的粒度降低

3 扩容

进行扩容，其它线程都不插入数据（插入数据也没有意义），并且任意线程过来，别闲着，帮助其它线程去扩容，tash任务进行分解，每个线程进来领取自己的任务，在自己的任务管辖范围内，进行对应的扩容操作

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来源： https://blog.csdn.net/zhanlijuan2015/article/details/118248452

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