HashMap简介
JDK1.8后的HashMap在底层数据结构上采纳数组+链表/红黑树，通过散列映射来存储键值对数据，因为在查问上应用散列码hashcode，所以在查问上的访问速度较快。HashMap能够存储值为null的键（key）和值（value），然而null作为键只能有一个，而null作为值能够有多个。它是无序的、非线程平安的。
HashMap底层数据结构
在JDK1.7及之前的HashMap底层是由数组+链表形成，也就是链表散列。其中，数组是HashMap的主体，链表则是次要为了解决哈希抵触而存在的。
JDK1.8当前的HashMap在解决哈希抵触时有了较大的变动，当链表长度大于阈值（默认为8）（将链表转换为红黑树之前会判断，如果以后数组的长度小于64，那么会抉择先进行数组扩容，而不是间接转换为红黑树）时，将链表转化为红黑树，以缩小搜寻工夫。
HashMap底层实现
通过key的hashcode通过扰动函数解决后失去hash值，而后通过(n-1) & hash判断以后元素寄存的地位（这里的n指的是数组的长度），如果以后地位存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的hash值以及key是否雷同，如果雷同的话，间接笼罩；不雷同就通过拉链法解决抵触。
扰动函数：hashmap的hash办法，应用hash办法即扰动函数为了避免一些实现比拟差的hashcode()办法，换句话说扰动函数能够缩小碰撞。
拉链法：将链表和数组相结合。即创立一个链表数组，数组中每一格就是一个链表。若遇到哈希抵触，则将抵触的值加到链表中即可。
HashMap的长度为什么是2的幂次方
hash值的取值范畴是2147483648到2147483647，大略有40亿的映射空间，只有hash函数映射的比拟平均涣散，个别很难呈现碰撞。然而一个长度为40亿的数组，内存是放不下的。因而这个散列值不能间接拿来用，须要先对数组的长度进行取模运算，失去的余数用来作为寄存的地位也就是对应的数组下标。这个取模运算计算方法是“(n-1)&hash”（n代表数组长度）。
这个时候有人要问：取模操作不是%吗？
起因：采纳二进制位操作&，绝对于%可能进步运算效率。因而，取余（%）操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与（&）操作，也就是说，hash%length==hash&(length-1)，而这个等式成立的前提是length是2的n次方。
HashMap的扩容机制
要理解HashMap的扩容过程，首先须要理解HashMap中的变量
Node<K,V>：链表节点，蕴含了key，value，hash值，next指针四个元素；
table：Node<K,V>类型的数组，外面的元素是链表，用来寄存HashMap元素的实体；
size：示意以后HashMap蕴含的键值对数量
final float loadFactor：负载因子，用于扩容
int threshold：扩容的阈值，决定了HashMap何时扩容，以及扩容后的大小，个别等于table * loadFactor
static final float DEFAULT_LOAD_FACTORY = 0.75f：默认的负载因子
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1<<4：默认的table初始容量（16）
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8：链表长度大于该参数转红黑树
statci final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6：当树的节点数小于等于该参数转成链表
何时进行扩容？
当以后存入的数据容量大于阈值threshold时须要进行resize扩容。而threshold取决于两个因素：以后长度容量capacity以及负载因子loadFactory。
threshold = capacity * loadFactory
HashMap扩容能够分为三种状况
第一种：应用默认构造方法初始化HashMap。HashMap在一开始初始化的时候会返回一个空的table，并且threshold为0。因而第一次扩容的容量为默认值DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1<<4，因而threshold = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR = 12。
第二种：指定初始容量的办法结构HashMap。初始容量等于threshold，接着threshold = 以后的容量（threshold） * DEFAULT_LOAD_FACTOR。
第三种：HashMap不是第一次扩容。如果HashMap曾经扩容过的话，那么每次table的容量以及threshold量为原有的两倍。
上面是HashMap扩容机制外围办法Node<K,V>[] resize()的源码
/**
* Initializes or doubles table size. If null, allocates in
* accord with initial capacity target held in field threshold.
* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
* elements from each bin must either stay at same index, or move
* with a power of two offset in the new table.
*
* @return the table
*/
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;//首次初始化后的table为null
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;//默认结构器下的阈值为0
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) { //table扩容过
//以后table容量大于最大值的时候返回以后table
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
//table的容量乘以2，threshold的值也乘以2
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
//应用带有初始容量的结构器时，table容量为初始化失去的threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
//应用带有初始容量的结构器在此处进行扩容
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
//以后index没有产生hash抵触，间接对2取模，即移位运算hash & (2^n-1)
//扩容都是依照2的幂次方进行扩容，因而newCap = 2^n
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
//以后index对应的节点为红黑树，当树的个数小于等于UNTREEIFY_THRESHOLD则转成链表
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
把以后index对应的链表分成两个链表，缩小扩容的迁徙量
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
//扩容后不须要挪动的链表
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
//扩容后须要挪动的链表
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
//扩容长度为以后index地位+旧的容量
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
}
HashMap与HashSet、HashTable的区别
HashMap和HashSet
HashSet底层是基于HashMap实现的，且都是非线程平安的
HashMap和HashTable
ConcurrentHashMap
JDK1.7
由Segment数组+HashEntry数组+链表实现：
ConcurrentHashMap分段锁对整个桶数组进行了宰割分段（segment），每一把锁只锁容器的其中一部分数据，多线程拜访容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，进步并发访问率。
JDK1.8
到了JDK1.8的时候曾经摒弃了segment的概念，而是间接用Node 数组+链表+红黑树实现。同时采纳CAS 和 synchronized 来保障并发平安，整个看起来就像是优化且线程平安的HashMap。
synchronized 只锁定以后链表或红黑二叉树的首节点，这样只有 hash 不抵触，就不会产生并发，效率又晋升 N 倍。
汇合框架底层数据结构总结
那么如何选用汇合呢？
次要依据汇合的特点来选用，比方咱们须要依据键值获取到元素值时就选用 Map 接口下的汇合，须要排序时抉择 TreeMap ，不须要排序时就抉择 HashMap ，须要保障线程平安就选用ConcurrentHashMap 。
当咱们只须要寄存元素值时，就抉择实现 Collection 接口的汇合，须要保障元素惟一时抉择实现 Set 接比的汇合比方 TreeSet 或 HashSet ，不须要就抉择实现 List 接口的比方 ArrayList 或 LinkedList ，而后再依据实现这些接口的汇合的特点来选用。
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