【面试造火箭2】之HashMap底层实现_2.hashmap 底层实现-优快云博客

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本文详细介绍了HashMap在JDK1.7和JDK1.8中的实现区别，包括数据结构、put操作流程、扩容机制以及并发问题。JDK1.8引入了红黑树优化，解决了死循环链表问题，同时采用了尾插法避免链表反转。此外，对比了JDK1.7的ConcurrentHashMap与JDK1.8的改进。

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这一天，程序员们终于想起「面试」支配的恐惧。

今天又复习了一下程序猿常用的HashMap，发现呀，HashMap的优化程度是非常滴高～但同时可读性也非常的差,特别是JDK1.8。这里打算简单的科普一下HashMap中的底层实现。

HashMap的实现在JDK1.7 和 JDK1.8 是不一样的，所以抛开JDK版本来讲HashMap是不严谨的，JDK1.8对HashMap的数据结构作出了优化（引入了红黑树），同时也解决了多线程扩容的死循环链表问题。

JDK1.7 HashMap

HashMap的数据结构如下图所示，由一个数组+链表组成。

基本组成：

l 基础结点

每个结点用Entry表示，key-value对应当前table桶里的键值

next指向当前链表中的key-value对

Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {

value = v;

next = n;

key = k;

hash = h;

}

l 基础信息

如代码所示，分别为初始默认值，最大默认值，负载因子，扩容阀值

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

int threshold;　　// 扩容阀值

代码分析：

1.初始化，new HashMap() 只初始化基本信息，不做对象的新建，在put中实现

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

// 校验初始容量值是否合法

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;

// 目前扩容阀值等于初始容量，在真正构建数组的时候，其值为容量*负载因子

threshold = initialCapacity;

init();

}

2.put流程图与代码

补充1：其中hash()方法会对key进行hash，并用^=方法主要是为了让hash更散列

补充2：indexFor()方法会对hash进行size()-1的&方法代替对table[i]的求余%

原因a.前期限制了size大小必须是2进制数

原因b.用key.hash() & table.size()-1 实际上就是对key.hash()的后4位进行保留

E.g. hash : 1010 1010 (任意随机树)

Size-1:0000 1111 (size = 16)

Result:0000 1010

补充3：addEntry()插入HashMap实际上是用头插法，当遇到了哈希冲突，加入链表时是插入到头部。（JDK1.8以后改成尾插法）

代码详见下面代码块put()

3.扩容

在同一瞬间会存在两个HashMap，一个新的一个旧的，并通过链表的指针关联，把旧的链表list同步到新链表中。但是在并发环境中由于是头插法，链表的顺序会改变，同时并发场景下next指针会指向头结点，导致扩容死循环链表。

解决并发死循环问题：1.升级到JDK1.8 2.尽量不扩容，设置默认容量和扩容因子。

代码详见下面代码块resize()/transfer()

代码块：

public V put(K key, V value) {        if (table == EMPTY_TABLE) {            inflateTable(threshold);        }        if (key == null)            return putForNullKey(value);// 根据key计算哈希值        int hash = hash(key);// 根据哈希值和数组长度计算数组下标        int i = indexFor(hash, table.length);        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {            Object k;// 哈希值相同再比较key是否相同，相同的话值替换，否则将这个槽转成链表            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {                V oldValue = e.value;                e.value = value;                e.recordAccess(this);                return oldValue;            }        }         modCount++;// fast-fail，迭代时响应快速失败，还未添加元素就进行modCount++,将为后续留下很多隐患        addEntry(hash, key, value, i);// 添加元素，注意最后一个参数i是table数组的下标        return null;    }

   void resize(int newCapacity) { // 保存旧的数组        Entry[] oldTable = table;        int oldCapacity = oldTable.length;// 判断数组的长度是不是已经达到了最大值        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {            threshold = Integer.MAX_VALUE;            return;        } // 创建一个新的数组        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; // 将旧数组的内容转换到新的数组中        transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));        table = newTable; // 计算新数组的扩容阀值        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);}

    /**     * Transfers all entries from current table to newTable.     */    void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {        int newCapacity = newTable.length; // 遍历旧数组得到每一个key再根据新数组的长度重新计算下标存进去，如果是一个链表，则链表中的每个键值对也都要重新hash计算索引        for (Entry<K,V> e : table) {// 如果此slot上存在元素，则进行遍历，直到e==null，退出循环            while(null != e) {                Entry<K,V> next = e.next;// 当前元素总是直接放在数组下标的slot上，而不是放在链表的最后，所以扩容后的链表和旧的链表顺序是相反的                if (rehash) {                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);                }                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);// 把原来slot（槽）上的元素作为当前元素的下一个(即如果哈希冲突，将当前元素插入到之前元素的前面)                e.next = newTable[i]; // 新迁移过来的节点直接放置在slot（槽）位置上                newTable[i] = e;                e = next;            }        }    }