HashMap的扩容机制以及ConcurrnetHashMap的原理

1、HashMap的扩容机制

HashMap构造器的源码如下：

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))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                               loadFactor);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

    /**
     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
     * capacity and the default load factor (0.75).
     *
     * @param  initialCapacity the initial capacity.
     * @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
     */
    public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

    /**
     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
     * (16) and the default load factor (0.75).
     */
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

    /**
     * Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
     * specified <tt>Map</tt>.  The <tt>HashMap</tt> is created with
     * default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
     * hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
     *
     * @param   m the map whose mappings are to be placed in this map
     * @throws  NullPointerException if the specified map is null
     */
    public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

通过阅读构造器的源码，我们可以看到一共有四种类型的构造器，第一个，需要指定初始容量和阈值，由于JDK1.8之前是数组加链表组成的，因为数组必须在初始化的时候就指定其长度，所以，当hashMap中的元素大于等于初始容量*阈值之后，就会自动扩容。第二三种则是使用默认的阈值，二使用传入的初始变量，三使用默认的初始变量。

当传入的值的数量大于hashmap的容量的时候，就需要扩容了，因为数组无法动态扩容，所以就需要创建新的数组，一般为旧的数组长度的两倍，然后将旧数组的值赋给新的数组，这样就实现了扩容。
如果旧数组不为空，当我们在扩容时就需要将旧数组的数组迁移到新数组，数据迁移需要遍历旧数组，将旧数组每一个数组下标index的数据移动到新数组中。如果遍历数组时发现当前位置存放着Node链表，这个时候需要对Node结点的Hash值与旧数组长度进行&运算。如果计算出来的值为0，将旧数组当前位置的Node链表赋值到新数组相同位置，即newTab[j] = loHead。如果计算出来的值不为0，此时将当前位置的Node链表赋值给新数组当前位置加上旧数组长度的位置，即newTab[j + oldCap] = hiHead。
注： 为了减少hash碰撞，JDK 1.8之后hashmap改为数组+链表+红黑树

ConcurrnetHashMap的原理

并发环境下为什么使用ConcurrentHashMap

1. HashMap在高并发的环境下，执行put操作会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构，从而导致Entry的next节点始终不为空，因此产生死循环获取Entry

2. HashTable虽然是线程安全的，但是效率低下，当一个线程访问HashTable的同步方法时，其他线程如果也访问HashTable的同步方法，那么会进入阻塞或者轮训状态。

3. 在jdk1.6中ConcurrentHashMap使用锁分段技术提高并发访问效率。首先将数据分成一段一段地存储，然后给每一段数据配一个锁，当一个线程占用锁访问其中一段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。然而在jdk1.8中的实现已经抛弃了Segment分段锁机制，利用CAS+Synchronized来保证并发更新的安全，底层依然采用数组+链表+红黑树的存储结构。

ConcurrentHashMap采用 分段锁的机制，实现并发的更新操作，底层由Segment数组和HashEntry数组组成。Segment继承ReentrantLock用来充当锁的角色，每个 Segment 对象守护每个散列映射表的若干个桶。HashEntry 用来封装映射表的键 / 值对；每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表。一个 ConcurrentHashMap 实例中包含由若干个 Segment 对象组成的数组，下面我们通过一个图来演示一下 ConcurrentHashMap 的结构。

JDK1.8分析

改进一：取消segments字段，直接采用transient volatile HashEntry<K,V> table保存数据，采用table数组元素作为锁，从而实现了对每一行数据进行加锁，进一步减少并发冲突的概率。

改进二：将原先table数组＋单向链表的数据结构，变更为table数组＋单向链表＋红黑树的结构。对于hash表来说，最核心的能力在于将key hash之后能均匀的分布在数组中。如果hash之后散列的很均匀，那么table数组中的每个队列长度主要为0或者1。但实际情况并非总是如此理想，虽然ConcurrentHashMap类默认的加载因子为0.75，但是在数据量过大或者运气不佳的情况下，还是会存在一些队列长度过长的情况，如果还是采用单向列表方式，那么查询某个节点的时间复杂度为O(n)；因此，对于个数超过8(默认值)的列表，jdk1.8中采用了红黑树的结构，那么查询的时间复杂度可以降低到O(logN)，可以改进性能。