深入理解HashMap底层原理

1.介绍
    对于 HashSet 而言，其采用 Hash 算法决定元素在Set中的存储位置，这样可以保证元素的快速存取；
    对于 HashMap 而言，其将 key-value 当成一个整体(Entry 对象)来处理，其也采用同样的 Hash 算法
    去决定 key-value 的存储位置从而保证键值对的快速存取。虽然 HashMap 和 HashSet 实现的接口规范不同，
    但是它们底层的 Hash 存储机制完全相同。实际上，HashSet 本身就是在 HashMap 的基础上实现的。

2.哈希的概念
　　Hash 就是把任意长度的输入(又叫做预映射)，通过哈希算法，变换成固定长度的输出(通常是整型)，该输出就是哈希值。
       不同的输入可能会散列成相同的输出，从而不可能从散列值来唯一的确定输入值。

3.哈希表的特点
　　数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；
       链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。
       而哈希表可以综合二者的优点。事实上，哈希表有多种不同的实现方法，最经典的一种方法 —— 拉链法，我们可以将其理解为 链表的数组，如下图所示：
　　　　　　　　　　　　　　

4.HashMap 的快速存取
     在HashMap中，我们最常用的两个操作就是：put(Key,Value) 和 get(Key)。
当我们调用put方法存值时，HashMap首先会调用Key的hashCode方法，然后基于此获取Key哈希码，通过哈希码快速找到某个桶，这个位置可以被称之为 bucketIndex。理论上，hashCode 可能存在碰撞的情况，当碰撞发生时，这时会取出bucketIndex桶内已存储的元素，并通过hashCode() 和 equals() 来逐个比较以判断Key是否已存在。如果已存在，则使用新Value值替换旧Value值，并返回旧Value值；如果不存在，则存放新的键值对<Key, Value>到桶中。因此，在 HashMap中，equals() 方法只有在哈希码碰撞时才会被用到。　　

5.put方法分析
public V put(K key, V value) {

        //当key为null时，调用putForNullKey方法，并将该键值对保存到table的第一个位置
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);

        //根据key的hashCode计算hash值
        int hash = hash(key);             //  ------- (1)

        //计算该键值对在数组中的存储位置（哪个桶）
        int i = indexFor(hash, table.length);              // ------- (2)

        //在table的第i个桶上进行迭代，寻找 key 保存的位置
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {      // ------- (3)
            Object k;
            //判断该条链上是否存在hash值相同且key值相等的映射，若存在，则直接覆盖 value，并返回旧value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;    // 返回旧值
            }
        }

        modCount++; //修改次数增加1，快速失败机制

        //原HashMap中无该映射，将该添加至该链的链头
        addEntry(hash, key, value, i);            
        return null;
    }


6.如何尽量保证元素均匀分布到table的每个桶中以便充分利用空间?    
(1)使用hash()方法对一个对象的hashCode进行重新计算是为了防止质量低下的hashCode()函数实现。
由于hashMap的支撑数组长度总是 2 的幂次，通过右移可以使低位的数据尽量的不同，从而使hash值的分布尽量均匀。
(2)static int indexFor(int hash, int length) {
        return h & (length-1);  
    }
    当length为2的n次方时，hash&(length - 1)就相当于对length取模(hash%(length))，而且速度比直接取模要快得多，
    这是HashMap在速度上的一个优化。
    
7.HashMap的扩容
resize()
　　随着HashMap中元素的数量越来越多，发生碰撞的概率将越来越大，所产生的子链长度就会越来越长，
这样势必会影响HashMap的存取速度。
为了保证HashMap的效率，系统必须要在某个临界点进行扩容处理，该临界点就是HashMap中元素的数量在数值上等于threshold（table数组长度*加载因子）。但是，不得不说，
扩容是一个非常耗时的过程，因为它需要重新计算这些元素在新table数组中的位置并进行复制处理（这个过程叫做重哈希）
所以，如果我们能够提前预知HashMap 中元素的个数，那么在构造HashMap时预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

8.get方法的分析    
HashMap只需通过key的hash值定位到table数组的某个特定的桶，然后查找并返回该key对应的value即可
public V get(Object key) {
        // 若为null，调用getForNullKey方法返回相对应的value
        if (key == null)
            // 从table的第一个桶中寻找 key 为 null 的映射；若不存在，直接返回null
            return getForNullKey();  

        // 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码
        int hash = hash(key.hashCode());
        // 找出 table 数组中对应的桶
        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
             e != null;
             e = e.next) {
            Object k;
            //若搜索的key与查找的key相同，则返回相对应的value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }
9.HashMap与Hashtable的区别？   
        Hashtable的命运和Vector雷同！他们都是线程安全的，jdk1.0的产物
        Hashtable不能存储null键null值；线程安全
        HashMap可以存储null键null值；线程不安全

        HashMap已经全面的取代了Hashtable;