hashmap

 一、分析hashmap之前需要先了解位运算

 

Java中的<< 和 >> 和 >>> 详细分析
<<表示左移移，不分正负数，低位补0；　

注：以下数据类型默认为byte-8位

左移时不管正负，低位补0

正数：r = 20 << 2

　　20的二进制补码：0001 0100

　　向左移动两位后：0101 0000

　　　　   　　结果：r = 80

负数：r = -20 << 2

　　-20 的二进制原码 ：1001 0100

　　-20 的二进制反码 ：1110 1011

　　-20 的二进制补码 ：1110 1100

　　左移两位后的补码：1011 0000

　　　　　　　　反码：1010 1111

　　　　　　　　原码：1101 0000

　　　　　　　　结果：r = -80

>>表示右移，如果该数为正，则高位补0，若为负数，则高位补1；

注：以下数据类型默认为byte-8位

正数：r = 20 >> 2

　　20的二进制补码：0001 0100

　　向右移动两位后：0000 0101

　　　　　　　结果：r = 5

负数：r = -20 >> 2

　　-20 的二进制原码 ：1001 0100

　　-20 的二进制反码 ：1110 1011

　　-20 的二进制补码 ：1110 1100 

　　右移两位后的补码：1111 1011 

　　　　　　　　反码：1111 1010

　　　　　　　　原码：1000 0101

　　　　　　　　结果：r = -5

>>>表示无符号右移，也叫逻辑右移，即若该数为正，则高位补0，而若该数为负数，则右移后高位同样补0

正数：　r = 20 >>> 2

　　　　的结果与 r = 20 >> 2 相同；

负数：　r = -20 >>> 2

注：以下数据类型默认为int 32位

　　-20:源码：10000000 00000000 00000000 00010100

　　　　反码：11111111  11111111   11111111   11101011

　　　　补码：11111111  11111111   11111111   11101100

　　　　右移：00111111  11111111   11111111   11111011

　　　　结果：r = 1073741819

了解完位运算后，我们需要对其hashmap内部做一个了解

二、hash函数

以下内容参考：
今日头条

研究HashMap----常见问题_不洇的博客-优快云博客

浅显理解 hashcode 和 hash 算法_stateiso的博客-优快云博客_hashcode怎么计算

HashMap中hash(Object key)原理，为什么(hashcode ＞＞＞ 16)。_杨涛的博客的博客-优快云博客

hash函数的目标是计算key在数组中的下标
判断一个哈希函数的标准：散列是否均匀、计算是否简单

hashmap哈希函数的步骤：
   1.对key对象的hashcode进行扰动
   2.通过取模求得数组下标

扰动是为了让hashcode的随机性更高
static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
也就是高16和低16位进行异或
>>> 16的话 32位前16位是0 
我们知道异或运算两个相应位不同才为1，相同为0
那么我们理解 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 
h >>> 16 高16为0 与 任意位异或得到的 还是那个位数
这个就会保持高16位不变 
看下图：

以8位进行演示：
高四位还是保持原先hashcode值，高四位的值保持不变
高低位进行异或，让高位参与散列运算，散列更加均衡

扰动之后需要对结果取模
HashMap在jdk1.8并不是简单使用 % 进行取模，而是采用了另外一种更加高性能的方法
HashMap控制数组长度为2的整数次幂
hashcode进行求余运算 和 让hashcode与数组长度-1进行位与运算是 相同 的效果

位与运算的效率却比求余高得多，从而提升了性能
扩容运算中也利用到了该特性
取模运算的源码看到 putVal() 方法，该方法在 put() 方法中被调用
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

完整的hash计算过程可以参考下图

HashMap的数组长度为2的整数次幂，那么HashMap是如何控制数组的长度为2的整数次幂的？
两种情况：
1.初始化时指定的长度
未在HashMap构造器中指定长度，则初始长度为16
当我们初始化指定一个非2的整数次幂长度时，HashMap会调用 tableSizeFor() 方法，转化成 大于该指定数的最小2的整数次幂
2.扩容时的长度增量
HashMap每次扩容的大小都是原来的两倍，控制了数组大小一定是2的整数次幂

小结：
HashMap通过高16位与低16位进行异或运算来让高位参与散列，提高散列效果；
HashMap控制数组的长度为2的整数次幂来简化取模运算，提高性能；
HashMap通过控制初始化的数组长度为2的整数次幂、扩容为原来的2倍来控制数组长度一定为2的整数次幂

三、hash碰撞

hash冲突指的是两个不同的key经过hash计算之后得到的数组下标是相同的
解决hash冲突的方式很多，如开放定址法、再哈希法、公共溢出表法、链地址法
HashMap采用的是 链地址法 ，jdk1.8之后还增加了红黑树的优化