HashMap基础原理( ૢ⁼̴̤̆ ꇴ ⁼̴̤̆ ૢ)~ෆ

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前言

HashMap是基于哈希表的Map接口实现，它提供所有可选的映射操作并允许使用null只和null键，但不保证映射的顺序。HashMap是基于HashCode的，若想正确使用它就需要重写hashCode()和equals()方法。HashMap不是线性安全的，若想要线性安全，可用：

Map m=Collections.synchronizedMap(new HashMap());

一、JDK1.7版本的HashMap

1.1、数据结构
HashMap整体是一个数组，数组上的每个位置是一个链表，链表的节点存储着一个Entry对象，Entry对象有4个属性，分别为hash、key、value、next。

HashMap的整体结构如下(查看原图):
在这里插入图片描述
简单来说HashMap的数据结构是数组+链表，数组是HashMap的主题，链表是为了解决哈希冲突而存在的。（下面会讲到什么是哈希冲突）

1.2、工作原理
首先初始化HashMap，提供了有参构造和无参构造，在无参构造中，initialCapacity（默认数组大小）为16，loadFactory（加载因子）默认为0.75，阈值默认为initialCapacity*loadFactory=16*0.75=12
我们HashMap的插入原理为例，
第一步：通过HashMap自己提供的hash函数算出当前key的hash值。（以下是jdk1.7的hash函数代码）

static int hash(int h) {
    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
}

第二步：通过计算出的hash值调用indexFor()方法，计算出当前对象应该存储在数组的位置。
indexFor()方法源码：

static int indexFor(int h, int length) { // h 为key 的 hash值；length 是数组长度
        return h & (length-1);  
 }

第三步：判断容器中已有Entry数量是否已经达到阈值，如果没有则继续，如果达到阈值，那么就将数组容量扩充到原来的2倍。

第四步：将当前对应的hash、key、value封装为一个Entry对象，查找数组在当前的存储位置上有没有元素，如果没有则放在这个位置上，如果在此位置上已经存在链表（发生哈希冲突），那么就遍历链表，如果链表上某个节点的key与当前key进行equals()比较后结果为true，就返回原来key所对应的value值，并用当前key所对应的value将其替换掉。如果遍历完列表，没有找到key与当前key进行equals()比较为true的，就把刚才封装的Entry中的next指向当前链表的头结点，也就是当前节点在链表的第一个位置。
至此，我们已经将key-value存储到容器中。

需要注意的是，每次扩容之后，都要重新计算原来的 Entry 在新数组中的位置，由indexFor()源码得知，元素所在位置是和数组长度是有关系的，既然扩容后数组长度发生了变化，那么元素位置肯定是要发生变化了。
流程图为（查看原图）：
在这里插入图片描述

二、JDK1.8中的HashMap

JDK1.8在JDK1.7的基础上针对增加了红黑树来进行优化。
数据结构图如下（查看原图）：
在这里插入图片描述
插入原理流程图如下（查看原图）：

jdk1.8的hash函数：

static final int hash(Object key){
int h;
return (key==null)?0:(h=key.hashCode())^(h>>>16);
}

这么设计有二点原因：

1.一定要尽可能降低hash碰撞，越分散越好；
2.算法一定要尽可能高效，因为这是高频操作, 因此采用位运算；

总结：dk1.8的HashMap主要有三点优化：

1.数组+链表改成了数组+链表或红黑树；

2.链表的插入方式从头插法改成了尾插法，简单说就是插入时，如果数组位置上已经有元素，1.7将新元素放到数组中，原始节点作为新节点的后继节点，1.8遍历链表，将元素放置到链表的最后；

3.扩容的时候1.7需要对原数组中的元素进行重新hash定位在新数组的位置，1.8采用更简单的判断逻辑，位置不变或索引+旧容量大小；

4.在插入时，1.7先判断是否需要扩容，再插入，1.8先进行插入，插入完成再判断是否需要扩容；