JAVA基础集合（三）HashMap源码详细解析

迷南。 2022-04-24 03:50 206阅读 0赞

### HashMap ###

*  HashMap
 *   *  简介
     *  底层实现
     *   *  存储结构
         *  核心函数
         *   *  无参构造
             *  带参构造
             *  hash()函数
             *  put()函数
             *  resize() 函数
             *   *  分析链表分组原理
             *  get()函数
             *  remove()函数
             *  tableSizeFor()函数
             *  迭代器
     *  HashMap线程不安全问题分析
     *   *  resize()死循环
         *  过程分析
         *  原因分析
     *  补充
 *  概念以及面试题
 *   *  先说说我的见解
     *  hash碰撞
     *  为什么table的长度是2的幂次方
     *  什么HashMap中要对原hashCode再调用hash()进行运算？
     *  关于填充因子loadFactor
     *  HashMap随JDK版本的优化（1.7~1.8）

面试必问一定要好好理解。本篇文章暂不涉及红黑树。

# HashMap #

## 简介 ##

1.  HashMap是散列表，存储的是键值对（key-value），HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。可以进行克隆和序列化。
2.  在之前介绍的ArrayList和LinkedList中各有优劣，数组随机读取性能高而插入和删除开销较大，链表的随机读取困难而插入删除相对容易，而哈希表综合了两者的特性。

## 底层实现 ##

### 存储结构 ###

HashMap底层存储数据是由Node\[ \]实现，在初始化HashMap  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
图片来源：[https://segmentfault.com/a/1190000012926722\#articleHeader0][https_segmentfault.com_a_1190000012926722_articleHeader0]

//序列化版本id
    private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;
    //初始容量16（必须是2的幂）
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
    //最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入的容量过大会被这个值替换）
    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    //默认的加载因子
    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    //链表转换成红黑树的长度 阈值
    static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
    //决定何时将红黑树转变成链表
    static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
    //链表转换成红黑树时进行判断数组的最小长度。如果比这个长度小则不转变成红黑树，而是进行扩容
    static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
    
    //静态内部类节点
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 
    		//key的hash值
            final int hash;
            final K key;
            V value;
            //同一hash值的下一个节点
            Node<K,V> next;
    
            Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { 
                this.hash = hash;
                this.key = key;
                this.value = value;
                this.next = next;
    	}
    }
    
    transient Node<K,V>[] table;
    //所有Entity的集合
    transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
    //HashMap中拥有的元素
    transient int size;
    transient int modCount;
    //长度阈值，table长度超过它时将会扩容
    int threshold;
    //确认的加载因子
    final float loadFactor;

### 核心函数 ###

#### 无参构造 ####

无参构造并没有初始化table，而是只将加载因子初始化成了默认值。在首次put时会为table初始化  
长度为默认16

public HashMap() { 
    		//初始化加载因子为默认的0.75f
            this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        }

#### 带参构造 ####

指定初始化长度的构造函数

public HashMap(int initialCapacity) { 
            this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        }

指定初始化长度和加载因子的构造函数

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 
    		//初始化长度小于0抛异常
            if (initialCapacity < 0)
                throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                                   initialCapacity);
            //初始化长度大于最大值则设置成最大值
            if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
                initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
            //初始化的填充因子小于等于0则抛异常
            if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
                throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                                   loadFactor);
            this.loadFactor = loadFactor;
            this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
        }

参数为Map类型的构造函数

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { 
    		//加载因子指定为默认
            this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
            putMapEntries(m, false);
        }
    
        final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) { 
            int s = m.size();
            if (s > 0) { 
            	//当table数组为空时初始化长度
                if (table == null) {  // pre-size
                    float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
                    int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                             (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
                    if (t > threshold)
                        threshold = tableSizeFor(t);
                }
                //当插入的Map长度本身已经超过HashMap长度阈值，则扩容
                else if (s > threshold)
                    resize();
                //循环便利出Map中的Entity经过计算索引位置创建Node
                for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) { 
                    K key = e.getKey();
                    V value = e.getValue();
                    putVal(hash(key), key, value, false, evict);
                }
            }
        }

#### hash()函数 ####

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

*  若key = null则返回0。
 *  若key不等于null则获取key的哈希值，与无符号右移16位的哈希值进行异或运算。

关于hashCode()函数。在Object中的默认实现为调用底层c++的函数，返回的是根据对象的内部地址转换成的整数。  
在String中重写了hashCode()，将每个字符对应ASCII码的十进制数相加并每次乘以31，代码如下：

public int hashCode() { 
            int h = hash;
            if (h == 0 && value.length > 0) { 
                char val[] = value;
    			
                for (int i = 0; i < value.length; i++) { 
                    h = 31 * h + val[i];
                }
                hash = h;
            }
            return h;
        }

#### put()函数 ####

public V put(K key, V value) { 
    		//调用putVal函数
            return putVal(hash(key), key, value, false, true);
        }
        /** * hash key的hash值 * key，vlaue键值 * onlyIfAbsent 为true时，如果存在相同的键那么不进行覆盖。反之 * evict 只是个标志，为false表示该table时处在创建模式 */
        final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                       boolean evict) { 
            Node<K,V>[] tab;
            Node<K,V> p; 
            int n, i;
            //tab指针指向table对象，判断当前tab是否为空
            if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            	//若当前table为空则调用扩容函数初始化（扩容后续分析）
                n = (tab = resize()).length;
            // i 是根据哈希值进行运算获得的位置索引，p为tab[i]处的节点对象
            //判断索引位置是否有节点
            if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            	//数组中索引为i的位置为Null，则创建新对象放入。
                tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
             //若tab[i]处不为空，则说明发生了哈希冲突，按照链表法进行处理
            else { 
                Node<K,V> e; K k;
                //判断节点处对象p的hash值与传入的是否相等，并且key值是否相同
                if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 
                    e = p;
                 }
                //判断节点对象p是不是红黑树的节点
                else if (p instanceof TreeNode) { 
                	//将p转换成红黑树节点并插入
                    e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
                 }
                 //若节点处对象p的键和hash值和新传入的不同，而且p不是红黑树节点（还没超过链表规定长度）
                else { 
                	//这个for循环是为了计算链表的长度
                    for (int binCount = 0; ; ++binCount) { 
                    	//到达了链表的尾部
                        if ((e = p.next) == null) { 
                        	//链表创建新节点
                            p.next = newNode(hash, key, value, null);
                            //如果链表长度达到阈值，转换成红黑树
                            if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                                treeifyBin(tab, hash);
                            break;
                        }
                        //e的下一个节点指针不为空
                        //判断key是否相同
                        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 
                            break;
                        }
                        //用于遍历链表
                        p = e;
                    }
                }
                //为刚才遍历中找到的key相同的键覆盖值并返回
                if (e != null) {  // existing mapping for key
                    V oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                        e.value = value;
                    afterNodeAccess(e);
                    return oldValue;
                }
            }
            ++modCount;
            //判断实际大小是否大于阈值，大于则扩容
            if (++size > threshold)
                resize();
            afterNodeInsertion(evict);
            return null;
        }

借用美团技术团队在知乎的一张流程图  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

#### resize() 函数 ####

调整table大小的函数

final Node<K,V>[] resize() { 
        	//oldTab指向原table数组对象
            Node<K,V>[] oldTab = table;
            //获得原容量
            int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
            //原阈值
            int oldThr = threshold;
            int newCap, newThr = 0;
            //table的长度大于0
            if (oldCap > 0) { 
            	//如果原长度大于了最大容量，就将阈值设置为整数的最大值，并返回
                if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { 
                    threshold = Integer.MAX_VALUE;
                    return oldTab;
                }
                //如果原长度扩大一倍后小于最大容量，并且原长度大于默认值16
                else if (newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                         oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                    //新的阈值为原来的一倍
                    newThr = oldThr << 1; 
            }
            //如果table长度为0，而阈值大于0，即调用构造设置长度为0，阈值合法的情况
            else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            	//设置新的长度为阈值
                newCap = oldThr;
            //如果原table长度为0，阈值也为0，即调用空参构造的情况
            else {                
            	//初始化长度为默认
                newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
                //初始化阈值为 （默认填充因子 * 默认长度）取整
                newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
            }
            //更新扩容后的阈值
            if (newThr == 0) { 
            	//计算新阈值 （更新后长度 * 填充因子）
                float ft = (float)newCap * loadFactor;
                //判断扩容后的新阈值大小是否合法，若大于最大整数则取最大整数为阈值
                newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                          (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
            }
            //设置新阈值
            threshold = newThr;
            @SuppressWarnings({ "rawtypes","unchecked"})
            	//创建新的table并设置长度为扩容过的长度
                Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
            //HashMap存储的table指向新创建的newTab
            table = newTab;
            //将旧的table中的数据复制进新table中
            if (oldTab != null) { 
            	//遍历旧table中的节点
                for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { 
                    Node<K,V> e;
                   //若节点为空则继续下一个循环，不为空进入复制操作
                    if ((e = oldTab[j]) != null) { 
                    	//释放原table的节点
                        oldTab[j] = null;
                        //如果当前节点没有指向下一个节点，不够成链表结构，则直接复制进新数组
                        if (e.next == null)
                        	//长度变了，计算新的散列位置
                            newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                        //如果e是红黑树节点类型，则e是头节点
                        else if (e instanceof TreeNode)
                        	/* * this 当前HashMap对象 * newTab 新创建的table * j 当前节点在原table中的索引位置 * oldCap 原table的长度 * 如果节点是红黑树对象，进行拆分 * */
                            ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                        //若节点有指向的下一个节点，即链表存在并且不是红黑树，则进行一下分组
                        else {  // preserve order
                            Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                            Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                            Node<K,V> next;
                            do { 
                                next = e.next;
                                //容量翻倍后，位置不变的节点
                                if ((e.hash & oldCap) == 0) { 
                                	//尾部指针为空表示链表还没有长度
                                    if (loTail == null)
                                        loHead = e;
                                    else
                                    	//尾部指针指向新添加的节点
                                        loTail.next = e;
                                    //并将尾部指针指向新添加的节点
                                    loTail = e;
                                }
                                //设置容量翻倍后位置改变的节点链表
                                else { 
                                    if (hiTail == null)
                                        hiHead = e;
                                    else
                                        hiTail.next = e;
                                    hiTail = e;
                                }
                                //直到没有下一个为止
                            } while ((e = next) != null);
                            if (loTail != null) { 
                            	//新组合的链表的尾部可能还保留着原先指向的后继，清空。
                                loTail.next = null;
                                //将新table的对应位置设置为链表头
                                newTab[j] = loHead;
                            }
                            if (hiTail != null) { 
                            	//同上
                                hiTail.next = null;
                                //位置改变的链表的新位置为 原位置+原table的长度
                                newTab[j + oldCap] = hiHead;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
            return newTab;
        }

代码有点长，分解成几个步骤

1.  计算新的阈值大小newThr和新的table数组长度newCap。
2.  根据新的长度newCap创建新的table。
3.  将原数组中的Entry节点重新映射到新的数组中，如果节点是TreeNode类型则需要拆分红黑树，如果节点是普通Node类型则按照原链表进行分组。

##### 分析链表分组原理 #####

假设当前HashMap中的存储结构如下：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]![在这里插入图片描述][20190414155718660.png]  
可以看出规律计算位置索引时，只对最后三位进行了运算，容量翻倍的实质时进行了一次<<1计算，按照计算索引的公式：  
(table长度 - 1) & hash。  
![在这里插入图片描述][20190414160106896.png]  
显而易见在扩容后参与&运算的位数由三位变成了四位，进行&运算时只有第四位不同，那么在扩容后对35和27的位置进行重新运算：  
![在这里插入图片描述][20190414160854223.png]  
可以发现在扩容后需要变换的位置为oldCap + 原位置索引。整个表进行调整后如下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]使用8进行&运算是个是分巧妙的设计，7的二进制为0111，8的二进制为1000，进行&运算时正好符合了翻倍后多一位运算的规则，并且结果也只有两种情况，若无需改变则结果为0，需要改变位置结果则不为零。

#### get()函数 ####

public V get(Object key) { 
            Node<K,V> e;
            return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
        }
    
    final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { 
            Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
            //判断当前table不为空，并且定位到该hash值对应的位置也不为空
            if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { 
                //检查首个节点是否符合
                if (first.hash == hash && ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    return first;
                if ((e = first.next) != null) { 
                	//如果是红黑树节点，则调用getTreeNode获得节点
                    if (first instanceof TreeNode)
                        return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
                    //若不是红黑树节点，则遍历链表获取
                    do { 
                        if (e.hash == hash &&
                            ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                            return e;
                    } while ((e = e.next) != null);
                }
            }
            return null;
        }

简述步骤：  
①判断表是否为空，并定位到该hash对应的索引位。  
②检查首个节点是否符合，符合就返回  
③判断存储的结构是红黑树还是链表，调用不同方法进行获取节点并返回。

#### remove()函数 ####

public V remove(Object key) { 
            Node<K,V> e;
            return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
                null : e.value;
        }
    
        final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
                                   boolean matchValue, boolean movable) { 
            Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
            //判断当前table不为空，并且定位到该hash值对应的位置也不为空
            if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
                (p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) { 
                Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
                //判断首个节点是否符合
                if (p.hash == hash &&
                    ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    node = p;
    			//首节点不符合则进入链表（红黑树）
                else if ((e = p.next) != null) { 
                	//判断是不是红黑树节点，true的话调用方法getTreeNode获取要remove的节点
                    if (p instanceof TreeNode)
                        node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
                    //非红黑树节点则遍历链表，寻找符合的Node
                    else { 
                        do { 
                            if (e.hash == hash &&
                                ((k = e.key) == key ||
                                 (key != null && key.equals(k)))) { 
                                node = e;
                                break;
                            }
                            p = e;
                        } while ((e = e.next) != null);
                    }
                }
                //若上述代码寻找到符合的节点则删除，并修复红黑树或链表的结构
                if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
                                     (value != null && value.equals(v)))) { 
                    if (node instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
                    else if (node == p)
                        tab[index] = node.next;
                    else
                        p.next = node.next;
                    ++modCount;
                    --size;
                    afterNodeRemoval(node);
                    return node;
                }
            }
            return null;
        }

简述步骤：  
①判断表是否为空，并定位到该hash对应的索引位。  
②检查首个节点是否符合，符合则设置node指针指向它。  
③判断存储的结构是红黑树还是链表，调用不同方法进行获取节点并返回，并使node指针指向它  
④判断是否寻找到符合的节点，找到则进行删除操作，并修复红黑树或链表结构

#### tableSizeFor()函数 ####

这个函数所要实现的功能是，将table的长度设置成2的幂次方大小。例如输入的长度cap=10，经过此函数会返回一个最接近的2幂次方数16。

static final int tableSizeFor(int cap) { 
            int n = cap - 1;
            n |= n >>> 1;
            n |= n >>> 2;
            n |= n >>> 4;
            n |= n >>> 8;
            n |= n >>> 16;
            return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
        }

#### 迭代器 ####

HashMap中提供的迭代器是keySet，value Collection，EntrySet的迭代器。  
代码也比较简单，继承了同一个父类HashIterator，只是在返回值上的差别。

final class KeyIterator extends HashIterator
            implements Iterator<K> { 
            //返回key
            public final K next() {  return nextNode().key; }
        }
    
        final class ValueIterator extends HashIterator
            implements Iterator<V> { 
            //返回value
            public final V next() {  return nextNode().value; }
        }
    
        final class EntryIterator extends HashIterator
            implements Iterator<Map.Entry<K,V>> { 
            //返回整个Node
            public final Map.Entry<K,V> next() {  return nextNode(); }
        }

abstract class HashIterator { 
            Node<K,V> next;        // next entry to return
            Node<K,V> current;     // current entry
            int expectedModCount;  // for fast-fail
            int index;             // current slot
    
            HashIterator() { 
                expectedModCount = modCount;
                //初始化时获得table，桶
                Node<K,V>[] t = table;
                current = next = null;
                index = 0;
                if (t != null && size > 0) {  // advance to first entry
                    do { } while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
                }
            }
    
            public final boolean hasNext() { 
                return next != null;
            }
    
    		//代码也比较简单，这个方法返回的e其实是在上一个nextNode中获取的，而此次调用nextNode中执行的是将e设置成current，并获得next，最后返回的其实是current也就是e
            final Node<K,V> nextNode() { 
                Node<K,V>[] t;
                Node<K,V> e = next;
                //fail-fast机制
                if (modCount != expectedModCount)
                    throw new ConcurrentModificationException();
                if (e == null)
                    throw new NoSuchElementException();
                //这个if判断中将current指向了e，并且开始获取e的后继，如果没有就会去遍历数组
                if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) { 
                    do { } while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
                }
                //最后返回的是e而不是上一个if中所寻找的下一个Node
                return e;
            }
    
            public final void remove() { 
                Node<K,V> p = current;
                if (p == null)
                    throw new IllegalStateException();
                if (modCount != expectedModCount)
                    throw new ConcurrentModificationException();
                current = null;
                K key = p.key;
                //调用removeNode()移除结点
                removeNode(hash(key), key, null, false, false);
                expectedModCount = modCount;
            }
        }

## HashMap线程不安全问题分析 ##

### resize()死循环 ###

> 在JDK1.8之前，HashMap在动态扩容时复制旧table中的链表结点到新扩容后的newTab中使用的是头插法，每个节点都是插入在链表的头部，这也是导致多线程环境下出现环形链表死循环的根本原因。

### 过程分析 ###

清晰思路只简化出核心代码：

while(null != e) { 
    	//①断开链表前读取下一个节点，否则将会丢失链表
        Entry<K,V> next = e.next;
        //头插法，
        e.next = newTable[i];
        //复制节点到新数组
        newTable[i] = e;
        e = next;
    }

假设目前HashMap的table的长度为2，扩容阈值为1。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

1.  线程T1向HashMap中插入k3，当执行到代码①处时cpu执行时间耗尽，暂时被挂起。  
    此时：  
    原table中已经插入k3，并触发扩容，创建了新数组newTab，但是还没开始复制操作。核心代码中的e指针指向k3，next则指向k4

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

1.  此时线程T2开始运行，T2向HashMap中插入k2，并完成了整个扩容操作。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
3. T1获得CPU时间继续运行，此时e–>k3，next–>k4。按照代码顺序运行，可以得出循环中每次复制的节点队列：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
此时k3–>k4，k4–>k3，形成了环形链表，在读取时会出现死循环。

### 原因分析 ###

线程T1在恢复执行时读取的链表已经是被T2扩容复制过的链表了，k3和k4已经交换了顺序，再加上复制时使用的头插法导致了环形链表。

## 补充 ##

在jdk1.8中新增了一下三个函数，它在HashMap中是没有实现的，它是提供给LinkedHashMap重写的回调函数。后续博客介绍LinkedHashMap时补充

void afterNodeAccess(Node<K,V> p) {  }
        void afterNodeInsertion(boolean evict) {  }
        void afterNodeRemoval(Node<K,V> p) {  }

# 概念以及面试题 #

## 先说说我的见解 ##

欢迎指出错误。

1.  在HashMap中想要尽可能提高get()和Put()效率，需要将每个节点分配均匀，那么每个节点都应该尽量单独处于table中，此时读取的时间复杂度为O(1)，根据hash计算的索引就可以直接获得节点，读写速度是最快的。当然这是理想化的情况，实际中会出现**碰撞**，那么就需要减少碰撞。
2.  减少碰撞就需要在计算位置索引时&运算的结果更加多样 —> 那么根据&运算的特性要尽量是1，或者参与计算的长度要尽量长，显然key的hash值我们不能改变，只能使table的长度为2的幂次方，参与计算的长度过长会导致浪费空间（详见后文table长度为什么是2的幂次方）。
3.  不可避免的出现了碰撞，拉链法中使用链表存储，最坏情况所有节点插入了同一个链表中，时间复杂度从O(1)变O(n)，想要加快读取速度就得优化链表的读取速度，所以jdk1.8中引入了红黑树，但是为了平衡维护数据结构的开销，设置了链表长度的阈值超过8时才转换成红黑树，红黑树是平衡搜索树其时间复杂度为O(logN)。

## hash碰撞 ##

**概念：** 在HashMap中的哈希碰撞是：对象经过hash运算后的值再通过(table.length - 1) & hash 公式运算出来的结果相同  
**导致的问题：** 导致的结果是经过公式 (table.length - 1) & hash 计算的索引相同，在table中处于相同的索引位置。  
**解决方式：** 在HashMap中解决哈希碰撞的方式是拉链法，相同索引值的Node会被组成链表，链表的头部存储在table中  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE4NDc2OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

## 为什么table的长度是2的幂次方 ##

1.  hash算法的目的是为了让每个值均匀的分布在table中，由于&运算的规则

> 1 & 1 = 1； 1 & 0 = 0； 0 & 0 = 0

在公式(table.length - 1) & hash中，只有令(table.length - 1) 的二进制数尽量都取1才能获得最多的计算情况

> 假如数组长度是10  
> 1010 & 101010100101001001000 结果：1000 = 8  
> 1010 & 101000101101001001001 结果：1000 = 8  
> 1010 & 101010101101101001010 结果： 1010 = 10  
> 1010 & 101100100111001101100 结果： 1000 = 8  
> 例子来自：[https://blog.csdn.net/qq\_38182963/article/details/78940047][https_blog.csdn.net_qq_38182963_article_details_78940047]

1.  由于哈希值的取值范围太大，HashMap中将哈希值右移16位后与table的长度值进行取余操作（%），在底层实现中位运算中的&运算效率远高于取余，公式a % b == (b-1) & a ，当b是2的指数时，等式成立。
2.  便于扩容后的定位，减少操作次数。在上文中提到，2倍扩容后，&运算只是多了一位，对需要改变位置的Node只是由当前索引加上原长度即可确认新位置，若不是2的幂次方则需要对所有节点的位置进行运算。

## 什么HashMap中要对原hashCode再调用hash()进行运算？ ##

> 所有处理的根本目的，都是为了提高 存储key-value的数组下标位置 的随机性 &  
> 分布均匀性，尽量避免出现hash值冲突。即：对于不同key，存储的数组下标位置要尽可能不一样

(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)

*  这行核心代码的意思是：获得Key的hashCode，并将其和自己无符号右移16位后的值进行异或运算。
 *  那么为何是右移16位呢？HashCode的取值范围和Integer整数相同-2147483648 到2147483647。转换成2进制就是31位2进制数，右移16位类似于取中点，将前半段和后半段进行异或运算。
 *  为了避免一大部分的极端情况，例如低位基本是0等，使后续计算中散列中的节点分布更加均匀。

## 关于填充因子loadFactor ##

*  loadFactor默认为0.75，通常不对其进行改动。
 *  loadFactor的值越大，HashMap对table中的空间利用率就越高，但是hash碰撞的几率也随之增大，链表（红黑树深度）可能也会越来越大，影响性能。
 *  loadFactor的值越小，表中的数据过于稀疏，很容易就触发了扩容（阈值 = 当前容量 \* loadFactor），占用的内存空间较大，好处是hash碰撞少了，效率高了。
 *  因此在空间与效率之间选择平衡的折中点来设置loadFactor

## HashMap随JDK版本的优化（1.7~1.8） ##

1.  hash()函数中，在jdk1.7使用了9次的扰动处理，在1.8则只扰动了两次，各有优劣，扰动次数多可能随机性更强，扰动次数少性能更好。
2.  jdk1.7中对链表的插入使用的是头插法，每次添加从链表头插入。jdk1.8中使用的是尾插法。性能上差别不大（线程不安全导致问题，后续补充）
3.  最大的改动是加入了红黑树，在链表长度大于8时，将链表转换成红黑树，在红黑树节点数小于6时恢复成链表，提高了性能。红黑树是平衡搜索树，其时间复杂度从O(n)变为O(longn)。
4.  resize()函数中扩容以后，重新定位节点位置方式的不同。1.7中会对所有节点重新进行hash运算出位置（获得hashCode调用hash()扰动9次，再和长度取模运算，获得位置索引），1.8中也会计算新的位置但是简单得多，使用一次&运算，判断节点要么在原位置，要么位置索引变为oldCap + index。

参考了如下博客  
[https://blog.csdn.net/qq\_36520235/article/details/82417949][https_blog.csdn.net_qq_36520235_article_details_82417949]  
[https://www.jianshu.com/p/8324a34577a0?utm\_source=oschina-app][https_www.jianshu.com_p_8324a34577a0_utm_source_oschina-app]

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[https_blog.csdn.net_qq_36520235_article_details_82417949]: https://blog.csdn.net/qq_36520235/article/details/82417949
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