HashMap和ConcurrentHashMap总结思考

1.背景知识：
当集合要添加新的对象时，先调用这个对象的hashCode方法，得到对应的hashcode值，在算出Hash值，然后计算数组元素下表的位置。

2.HashMap中如何计算hash值？如何计算数组元素下表位置？
要计算HashMap中对应的数组下标，必然要进行获取哈希值，HashMap对key的哈希值做了离散处理
对于HashMap中 key值的hash计算源码如下：

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

可以看到 HashMap 中的key值可以为null，key值的hash值的计算方法为：key的hash值高16位不变，低16位与高16位异或作为key最终的hash值。（h>>>16，表示无符号右移16位，高位补0）

JDK 8：将原哈希值和左移16位的值，一起异或运算(^)。
下标计算：(put方法中摘抄)

n = tab.length
i = (n - 1) & hash

是再数组长度减一后，做与运算(&)。因为配合数组长度位2的次方数，所以相当于length-1取余

*为什么HashMap的容量是2的n次幂？

当 n 是2的次幂时， n - 1 通过 二进制表示即尾端一直都是以连续1的形式表示的。当(n - 1) 与 hash 做与运算时，会保留hash中 后 x 位的 1，这样就保证了索引值 不会超出数组长度。

这样做的好处在于：

&运算速度快，至少比%取模运算快

能保证索引值肯定在HashMap的容量大小范围内

(n - 1) & hash的值是均匀分布的，可以减少hash冲突
同时当n为2次幂时，会满足一个公式：(n - 1) & hash = hash % n。

3.HashMap中put进一个元素的过程？
1）先进行容量的判断，如果当前容量达到了阈值，先进性2倍扩容操作，重新计算hash值，和数组存储的位置，扩容后的链表顺序与扩容前的链表顺序相反。在1.8之前用头插法将Entry对象插入到链表的头部。
但是这种操作在高并发的环境下容易导致死锁，所以1.8之后，新插入的元素都放在了链表的尾部

2）判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向3，这里的相同指的是hashCode以及equals；

3）.判断table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向4；

4）.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

5）.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。

ConcurrentHashMap：
以Node数组 或者 红黑树的方式存储对象，当存储的键值对出现冲突 ，且冲突的数量比较多时，用红黑树的方式能够提升数据读写的性能

1.ConcurrentHashMap底层存储元素时，Node数组存储节点，Node数组实现了Map.Entry<K,V>

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {

    final int hash;

    final K key;

    volatile V val;

    volatile Node<K,V> next;

通过volatile 修饰val 和next，为什么要使用volatile？

因为：多个线程会先把对象保存在本线程内部的内存中，随后再回写到主内存，这样操作的弊端是，当多线程并发时，就有可能引发数据问题
而变量一旦被 volatile 修饰，那么多个线程会直接读写主内存中的该变量，这样就避免了引发数据冲突

2.ConcurrentHashMap底层put进一个元素的过程？如何确保多线程安全性？

通过源码可以得知
put 方法 调用putVal方法实现了向 Node 数组或 TreeBin 红黑树中 添加数据。

1.首先如果Node数组为空 则调用init方法 初始化数组，同时计算hash值，并定位到Node中的位置， 如果Node 位置为空则没有冲突，则以 CAS 方式插入，多个线程尝试使用 CAS 同时更新同一个变量时， 只有其中一个线程能更新变量的值，而其他线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败， 可以再次进行尝试
2.如果Node数组不为空，则对该 Node 加 synchronized 锁，并加入到该 Node 所指向的链表里， 如当前 Node 里包含的链表节点数大于 8，则用 treeifyBin 方法把链表转红黑树，

3.读一个元素的过程？
在读数据时，首先会计算 key 的 hash 值，如果 Node 数组里匹配到首结点即返回，否则调用 next 方法遍历链表或红黑树，由于可能会有冲突，因此需调用 equals 方法

底层实现多线程安全的原理机制：synchronized+CAS 的并发策略

三：面试常问的问题
1. 你了解volatile,Synchronized或CAS机制吗？

我知道，另外我还知道 ConcurrentHashMap 对象中用到这些

2.当问及任何HashMap或者集合的时候，我们引出来ConCurrentHashMap， 谈及并发，线程安全性。多线程写操作

讲到ConcurrentHashMap的底层， Node, 红黑树，volatile

ConcurrentHashMap 对象是根据哈希表结构存储键值对数据，以及用桶链路的方式处理冲突

加分调优项：

1）展示内存性能调优方面的技能
在项目上线前，我们做了压力测试，从中发现订单等模块的内存用量过大，通过观察日志，我们发现是由于 ConcurrentHashMap 对象保存的数据过多，用完以后没及时 clear 掉，由此引发了 OOM 问题。
因此当我们用好数据以后，应该立即 clear 掉该 ConcurrentHashMap 对象，内存性能就会好很多了。

2）展示多线程环境下数据读写方面的调优技能

在项目的数据同步模块中，需要把客户文件缓存到本地读写。一开始我们用的是 HashMap，但 HashMap 不是线程安全的，所以读写时都用了 Synchronized 关键字，这样处理的弊端是，当读写线程个数变多时，由于只有一个线程能读写，因此其他线程会阻塞。不仅性能慢，而且还会导致死锁。

后来我们改用 ConcurrentHashMap 对象，该对象对读操作不加锁，对写操作时会采用 synchronized+CAS 的并发策略，所以一定程度上提升了读写性能。

https://blog.youkuaiyun.com/q5706503/article/details/85171474

什么是CAS:

else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
    if (casTabAt(tab, i, null, 
        new Node<K,V>(hash, key, value)))
        break;                   // no lock when adding to empty bin

}

CAS 的含义是 Compare And Swap，CAS(V,E,N)，若 V 等于 E，则将 V 设为 N。若 V 和 E 不等，则说明已有其他线程做了更新，当前线程什么都不做，或更改 V、E 和 N 参数再重试。
https://blog.youkuaiyun.com/qq_41345773/article/details/92066554

HashCode背景知识

1.判断两个对象相等可以用hashcode比较吗？
回答是不可以。你必须用equals方法！两个不同对象可能hashcode相等，但两个不同hashcode的对象一定不同。
另外一点，如果覆写了equals方法，必须覆写hashcode方法，原因是默认的hashcode是将对象的存储地址进行映射。
而且逻辑上，如果两个对象的equals方法返回是相等的，那么它们的hashcode必须相等；反之不一定成立

2.什么是HashCode
Java中的hashCode方法就是根据一定的规则将与对象相关的信息（比如对象的存储地址，对象的字段等）映射成一个数值，
这个数值称作为散列值。即在散列集合包括HashSet、HashMap以及HashTable里，
对每一个存储的桶元素都有一个唯一的"块编号"，即它在集合里面的存储地址；当你调用contains方法的时候，
它会根据hashcode找到块的存储地址从而定位到该桶元素

设计hashCode()时最重要的因素就是：无论何时，对同一个对象调用hashCode()都应该产生同样的值。
如果在讲一个对象用put()添加进HashMap时产生一个hashCdoe值，而用get()取出时却产生了另一个hashCode值，
那么就无法获取该对象了。所以如果你的hashCode方法依赖于对象中易变的数据，用户就要当心了，因为此数据发生变化时，
hashCode()方法就会生成一个不同的散列码。