JAVA Map 源碼分析
一、map：Map是用來存儲鍵值對的數據結構，在數組中通過數組下標來對其內容進行索引。
HashMap： 根據鍵的HashCode值存儲數據，使用的數據結構是鏈表散列（數組+鏈表）訪問速度很快。父類是AbstractMap。
特點是線程不安全、允許空鍵值，改用containsvalue和containsKey。
衝突解決方法是鏈地址法（它有一個桶的概念，對於Entry數組而言，數組每個元素處存儲的是鏈表，一個鏈表就是一個桶，使用addEntry()方法添加新元素時總是將新元素添加在鏈表的表頭）
擴容：當size超過0.75（變量loadFactor默認是0.75）*threshold的時候會調整大小，默認是擴展爲2倍。
HashTable：繼承Dictionary，方法被synchronized修飾，所以是一個線程安全的實現，但是性能略低於HashMap。使用的迭代器是Enumeration，會在別的線程修改元素的時候拋出ConcurrentModificationException異常。（現在已經被下面這個取代了）
concurrentHashMap：產生於JDK1.5之後，用於替代HashTable的線程安全的HashMap。concurrentHashMap在線程安全的基礎上提供了更好的寫併發能力，但同時降低了對讀一致性的要求。大量利用了volatile，final和cas等lock-free技術來減少鎖競爭對於性能的影響。在JDK6，7，8的實現都不一樣。在JDK8中，利用CAS來替代之前的segment（鎖段）概念，底層用數組+鏈表+紅黑樹的方法實現，增加了很多輔助類來支持併發。
二、HashMap
（1）HashMap繼承AbstractMap，實現了Map、Cloneable和Serializable接口。
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {（2）定義常量：初始容量爲16，最大容量是2的30次方，負載因子0.75，閾值threshold = length * Load factor
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;（3）底層實現：數組+鏈表
Node[] 就是哈希桶數組，實現了Map.Entry接口，本質是就是一個映射(鍵值對)。哈希桶數組table的長度length大小必須爲2的n次方
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
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;
}（4）hash方法的實現：在JDK1.8的實現中，優化了高位運算的算法，通過hashCode()的高16位異或低16位實現的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度、功效、質量來考慮的，這麼做可以在 數組table的length比較小的時候，也能保證考慮到高低Bit都參與到Hash的計算中，同時不會有太大的開銷。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}（5）put方法：
①.判斷鍵值對數組table[i]是否爲空或爲null，否則執行resize()進行擴容；
②.根據鍵值key計算hash值得到插入的數組索引i，如果table[i]==null，直接新建節點添加，轉向⑥，如果table[i]不爲空， 轉向③；
③.判斷 table[i]的首個元素是否和key一樣，如果相同直接覆蓋value，否則轉向④，這裏的相同指的是hashCode以及equals；
④.判斷table[i] 是否爲treeNode，即table[i] 是否是紅黑樹，如果是紅黑樹，則直接在樹中插入鍵值對，否則轉向⑤；
⑤.遍歷table[i]，判斷鏈表長度是否大於8，大於8的話把鏈表轉換爲紅黑樹，在紅黑樹中執行插入操作，否則進行鏈表的插入操作； 遍歷過程中若發現key已經存在直接覆蓋value即可；
⑥.插入成功後，判斷實際存在的鍵值對數量size是否超多了最大容量threshold，如果超過，進行擴容。
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}（6）擴容機制：使用的是2次冪的擴展(指長度擴爲原來2倍)，所以，元素的位置要麼是在原位置，要麼是在原位置再移動2次冪的位置。因此，在擴充HashMap的時候，不需要像JDK1.7的實現那樣重新計算hash，只需要看看原來的hash值新增的那個bit是1還是0就好了，是0的話索引沒變，是1的話索引變成“原索引+oldCap”。 這個設計確實非常的巧妙，既省去了重新計算hash值的時間，而且同時，由於新增的1bit是0還是1可以認爲是隨機的，因此resize的過程，均勻的把之前的衝突的節點分散到新的bucket了。這一塊就是JDK1.8新增的優化點。有一點注意區別，JDK1.7中rehash的時候，舊鏈表遷移新鏈表的時候，如果在新表的數組索引位置相同，則鏈表元素會倒置，但是從上圖可以看出，JDK1.8不會倒置。
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in 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) {
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)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
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;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
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;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}三、Hashtable
（1）Hashtable繼承 Dictionary，實現了Map
public class Hashtable<K,V>extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {（2）默認構造函數：默認容量是11，默認負載因子是0.75
public Hashtable() {
this(11, 0.75f);
}（3）put函數：從源碼中可以看到，Hashtable是不允許value爲空的，否則拋出NullPointerException異常。計算hash值的時候，首先調用hashcode()方法，然後索引index等於哈希值與0x7FFFFF相與後除以table的長度。最後遍歷hashtable，將該值插入table。
public synchronized V put(K key, V value) {
// Make sure the value is not null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// Makes sure the key is not already in the hashtable.
Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
for(; entry != null ; entry = entry.next) {
if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
V old = entry.value;
entry.value = value;
return old;
}
}
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}（4）擴容機制：使用的是rehash()方法：新的容量等於舊的容量的2倍加1，新的閾值等於newCapacity * loadFactor，在拷貝鏈表的時候，會重新計算每個entry鏈表表頭索引的位置，（用的是模新容量的辦法）。
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry<?,?>[] oldMap = table;
// overflow-conscious code
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
// Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
return;
newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
}
Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];
modCount++;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
table = newMap;
for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
Entry<K,V> e = old;
old = old.next;
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}四、ConcurrentHashMap
（1）ConcurrentHashMap繼承了AbstractMap，實現了ConcurrentMap
public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable {（2）默認容量是16，默認負載因子是0.75
private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;
private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;（3）在JDK1.8中，put方法有兩個改進：
改進一：取消segments字段，直接採用transient volatile HashEntry<K,V>[] table保存數據，採用table數組元素作爲鎖，從而實現了對每一行數據進行加鎖，進一步減少併發衝突的概率。改進二：將原先table數組＋單向鏈表的數據結構，變更爲table數組＋單向鏈表＋紅黑樹的結構。對於hash表來說，最核心的能力在於將key hash之後能均勻的分佈在數組中。如果hash之後散列的很均勻，那麼table數組中的每個隊列長度主要爲0或者1。但實際情況並非總是如此理想，雖然ConcurrentHashMap類默認的加載因子爲0.75，但是在數據量過大或者運氣不佳的情況下，還是會存在一些隊列長度過長的情況，如果還是採用單向列表方式，那麼查詢某個節點的時間複雜度爲O(n)；因此，對於個數超過8(默認值)的列表，jdk1.8中採用了紅黑樹的結構，那麼查詢的時間複雜度可以降低到O(logN)，可以改進性能。