1、 HashMap 原理= 桶表+鏈表+紅黑樹的結構（jdk1.8）特性
--hashMap 構造函數，有三個構造函數
1、 無參構造函數，默認初始大小16 和數據加載因子爲0.75
2、一個參數數的構造函數，可以指定初始值大小，使用默認的數據加載因子0.75
3、有兩個參數的構造函數，可以指定初始容量和數據加載因子0.75
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and load factor.
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the specified initial
* capacity and the default load factor (0.75).
*
* @param initialCapacity the initial capacity.
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative.
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
/**
* Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
--問題一：爲什麼HashMap的默認值爲16 容量，加載因子爲0.75呢。
處於一個性能的考慮，因爲每次擴容都是重新創建一個newNode；
建議： 初始化大小 = 元素個數 / 數據加載因子 +1；
加載因子： 提高空間利用率和 減少查詢成本的折中，主要是泊松分佈，0.75的話碰撞最小，
--問題二：設置初始化值，比如爲5，那麼Hashmap 是創建容量爲5的容量嗎？
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
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;
}
從源碼中我們可以看到，設定的初始值最終會調用tableSizeFor 函數；
這個函數返回一個給定目標2的次方的數。 所以創建的容量cp=8
--問題三： HashMap 是可以存Null 的key值，那麼Null的位置hashmap會放到哪裏呢?
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
從源碼中可以看出，在進行put 元素操作時，會計算key的hash值，當key爲null 值是放到索引值爲0 的位置的。
--問題四： put操作時普通的節點是什麼時候轉treeNode節點？
可以看下put 的源碼
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
/*初始化一些變量*/
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;
}
一行行的分析
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
在進行put操作時，首先獲取table對象，判斷對象是否存在，不存在則重置大小。
table對象是什麼？這個是hashmap內的一個對象。我們發現在構造函數中並沒有初始這個table，顯然這個table值爲null
/**
* The table, initialized on first use, and resized as
* necessary. When allocated, length is always a power of two.
* (We also tolerate length zero in some operations to allow
* bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
*/
transient Node<K,V>[] table;
所以在put第一次操作時會調用resize() 方法.reSize()方法作用是
初始化或加倍表大小。如果爲空，則分配與初始容量目標保持一致。
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
//to-do
}
然後繼續往下走，很顯然因爲我們是第一次put 值，所以 tab[i=(n-1)& hash] 的對象是爲null的。所以創建一個對象。
(n-1)&hash 表示查找當前元素的位置，相當於 hash %tab.length 求餘數。
例如： 當n=8時，hash 值爲4 ，表示tab[4%8]=tab[4] 的位置.
然後執行 newNode方法創建一個Node對象，並把key 的hash 值，key值 和value值傳入，第四個參數next 對象，即相關聯的對象。這樣tab[i] 上就賦值成功了。
第二次put插入數據時。執行同樣的操作，同時也會計算hash值，如果hash定位的索引沒有值，則執行相同的操作。
++modCount;
這個modCount什麼作用呢？
1、記錄hashMap 內部結構被修改的次數。
2、 備用集合迭代器 fail-fast 中？
if (++size > threshold)
resize();
判斷是否超過了閾值。超過則重新分配表結構。這個this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); 構造函數中設定的。
afterNodeInsertion(evict);
return null;
/*查找源碼發現是一個空函數*/
void afterNodeInsertion(boolean evict) { }
到這裏put函數執行結束了。考慮下還有這個情況。
1、 當key 的hash值相當的時候，就會走這段代碼了。
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;
}
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
p對象是一個對象，在判斷的時候已經賦值了，如if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
上面這段代碼的意思是 判斷hash值是否相同，相同的化，判斷key 是否相等，如果相等就e=p這一步。主要作用用於修改存在key值的value值。
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
/**這個是空函數*/
void afterNodeAccess(Node<K,V> p) { }
這段代碼用於修改value。並返回舊值。這裏就結束了，不在往下走了。
在看另外的情況：這裏修改舊值的另一次情況。
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;
}
}
我先來看else 中代碼，這個是一個無限循環語句，如果裏面無法跳出。就一直進行循環。
這段代碼的意思是 key 的hash 值 和某上一次的key的hash值相同，所以會在查到到當前的p對象.next賦值，形成鏈表，這裏稱爲 hash碰撞。會把存的值形成鏈表結構。
創建一個節點對象存入p.next中，指的是第一次hash碰撞，進入
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
這裏有一個判斷binCount 顯然第一次是小於TREEIFY_THRESHOLD - 1的值的，TREEIFY_THRESHOLD=8 默認值。
假設這裏是put插入值的第7次hash碰撞，每次選好 p = e; 對象賦值。
這個時候代碼執行 treeifyBin(tab, hash);
這個方法做了什麼呢？
final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
int n, index; Node<K,V> e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
resize();
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab);
}
}
這個方法是替換原來的鏈表或者把treeNode在 tab.length長度小於MIN_TREEIFY_CAPACITY=64的時候，在轉化成鏈表結構。主要出於性能和空間使用率的考慮。
這裏爲了簡便我們直接看else if 的代碼 ？
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
這一步是轉化操作，把Node對象轉成一個TreeNode對象。
do {
TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null);
這個步驟主要是替換tab 中index=hash 這一隻的對象Node 爲TreeNode，如果這個TREEIFY_THRESHOLD 這個值比較大時，Node的鏈表就比較長，在插入或者查詢時會影響性能。
TREEIFY_THRESHOLD=8 爲什麼呢？
這個值也必須是2 的倍數，以符合最小應爲8*關於轉換回普通垃圾箱的樹刪除.
final void treeify(Node<K,V>[] tab) {
TreeNode<K,V> root = null;
for (TreeNode<K,V> x = this, next; x != null; x = next) {
next = (TreeNode<K,V>)x.next;
x.left = x.right = null;
if (root == null) {
x.parent = null;
x.red = false;
root = x;
}
else {
K k = x.key;
int h = x.hash;
Class<?> kc = null;
for (TreeNode<K,V> p = root;;) {
int dir, ph;
K pk = p.key;
if ((ph = p.hash) > h)
dir = -1;
else if (ph < h)
dir = 1;
else if ((kc == null &&
(kc = comparableClassFor(k)) == null) ||
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) == 0)
dir = tieBreakOrder(k, pk);
TreeNode<K,V> xp = p;
if ((p = (dir <= 0) ? p.left : p.right) == null) {
x.parent = xp;
if (dir <= 0)
xp.left = x;
else
xp.right = x;
root = balanceInsertion(root, x);
break;
}
}
}
}
moveRootToFront(tab, root);
}
把普通node 對象轉成treenode樹。
爲什麼TreeNode 可以轉化成Node對象 ？
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
super(hash, key, value, next);
}
}
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
從代碼中可以看出TreeNode 繼承了Node對象，是Node對象的子類。顧可以相互轉化。
上面的紅黑樹的查詢0Logn
-----講完了put方法，現在來說下get方式
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;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
get方法裏面調用的是getNode方式。
在getNode方法中進行獲取查詢，在其中判斷了請求的節點對象是否爲treeNode，如果TreeNode通過getTreeNode進行獲取值。
如果不是就是進行一個循環查找到has對應的位置，判斷key，返回查找的對象，發現時間複雜度爲O(n).
getTreeNode
--> find 方法 進行對象的查找。
public final void forEach(Consumer<? super Map.Entry<K,V>> action) {
Node<K,V>[] tab;
if (action == null)
throw new NullPointerException();
if (size > 0 && (tab = table) != null) {
int mc = modCount;
for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
action.accept(e);
}
if (modCount != mc)
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
fail-fast 機制？
fail-fast 機制，即快速失敗機制，是java集合(Collection)中的一種錯誤檢測機制。當在迭代集合的過程中該集合在結構上發生改變的時候，就有可能會發生fail-fast，即拋出ConcurrentModificationException異常。fail-fast機制並不保證在不同步的修改下一定會拋出異常，它只是盡最大努力去拋出，所以這種機制一般僅用於檢測bug。