面试宝典之HashMap

HashMap

JDK1.8对HashMap进行了优化。本章聊一聊优化内容。

• 数据结构：数组+链表——>数组+链表+红黑树
• put方法：头插法（多线程有一个循环链表的问题）——>尾插法
• 扩容机制
• 链表红黑树相互转换

HashMap数据结构：

JDK1.8之前：数组+链表。
JDK1.8及之后：数组+链表+红黑树。

为什么引入红黑树？
因为如果链表太长，则会导致遍历的效率低下。
引入红黑树可以提高遍历的效率。

HashMap的put方法（jdk1.7）

当向一个hashmap中put一个键值对时，

1. 对key进行hash，得到所属table数组的下标。
2. 接着判断数组当前下标位置是否为空？若为空，则把当前节点当头节点。
3. 如果不为空，则开始遍历链表，依次equals比较。
4. 如果有相同的key，则用当前的value替代之前的value。
5. 如果未找到相同的key，则使用头插法插入。

HashMap的put方法（jdk1.8）

向一个hashMap中put一个键值对。

1. 对key进行hash，得到所属table数组的下标。
2. 接着判断数组当前下标位置是否为空？若为空，则把当前节点当成头节点。
3. 如果不为空，则开始遍历链表，依次equals比较。
4. 如果有相同的key，则用当前的value替代之前的value。
5. 如果未找到相同的key，则使用尾插法插入。

HashMap的循环链表问题（jdk1.7）

1. 因为jdk1.7的hashMap是头插法，所以在扩容转移元素的时候会使链表发生反转。
2. 在多线程的情况下，两个线程同时触发扩容。
3. 线程a，b都进入扩容状态，分别都会有一个e和e.next 用来遍历链表转移元素。
4. 当a线程完成扩容，链表已经反转了，但是b还未遍历完链表，此时b线程的e.next指向的元素转移到了e所指元素之前，然后就形成了一个循环链表。

扩容机制

阈值=容量*负载因子。
当hashMap的元素个数大于阈值时，会触发扩容。

HashMap1.8的红黑树和链表转换

• 当数组长度大于64且链表长度大于8则会把链表转换成红黑树。
• 当红黑树元素的个数小于6则会把红黑树转换成链表。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 是HashMap的线程安全版本。

jdk1.7和1.8的区别。

JDK7中ConcurrentHashMap是通过ReentrantLock+CAS+分段思想来保证的并发安全的，在JDK7的ConcurrentHashMap中，首先有一个Segment数组，存的是Segment对象，Segment相当于一个小HashMap，Segment内部有一个HashEntry的数组，也有扩容的阈值，同时Segment继承了ReentrantLock类，同时在Segment中还提供了put，get等方法，比如Segment的put方法在一开始就会去加锁，加到锁之后才会把key,value存到Segment中去，然后释放锁。

同时在ConcurrentHashMap的put方法中，会通过CAS的方式把一个Segment对象存到Segment数组的某个位置中。

同时因为一个Segment内部存在一个HashEntry数组，所以和HashMap对比来看，相当于分段了，每段里面是一个小的HashMap，每段公用一把锁，同时在ConcurrentHashMap的构造方法中是可以设置分段的数量的，叫做并发级别concurrencyLevel.

JDK8中ConcurrentHashMap是通过synchronized+cas来实现了。在JDK8中只有一个数组，就是Node数组，Node就是key，value，hashcode封装出来的对象，和HashMap中的Entry一样，在JDK8中通过对Node数组的某个index位置的元素进行同步，达到该index位置的并发安全。同时内部也利用了CAS对数组的某个位置进行并发安全的赋值。

JDK8的ConcurrentHashMap为什么使用Synchronized 来上锁？

JDK7中使用ReentrantLock来加锁，因为JDK7中使用了分段锁，所以对于一个ConcurrentHashMap对象而言，分了几段就得有几个ReentrantLock对象，表示得有对应的几把锁。

而JDK8中使用synchronized关键字来加锁就会更节省内存，并且jdk也已经对synchronized的底层工作机制进行了优化，效率更好。