HashMap实现原理

结构：数组+链表+红黑树

1.HashMap可以添加null类型的键值，并且可以保证正常的输出。（HashTable虽然添加是编译器不报错，但是获取Null的键时会报空指针异常）。

2.两个决定HashMap性能的重要参数：
initial capacity：初始容量，默认16。
load factor：负载因子，默认0.75.
负载因子(已经使用/总长度)决定当数组扩充的时机，这个0.75是均衡查找时间和空间占用所得的一个数值。如果比较小，比如0.5则数组使用了一半就开始扩容，则空间浪费；如果比较大，比如0.9则每一个数组内存放的元素又太多了，那么查找时间会比较长。

3.HashMap是线程不安全的。如果要保证并发情况下正确使用，那么可以使用 Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(…));

4.迭代是快速失败的fail-fast。如果在迭代过程中HashMap结构发生变化，将抛出ConcurrentModificationException异常，只有使用迭代器本身的remove方法才不会出错，只能用来检查错误，他不能代替同步。
使用实例

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变量：

数组默认初始容量：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
数组最大容量：
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
负载因子：
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
链表转化为红黑树的阀值：
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
红黑树转化为链表的阀值：
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
树的最小容量：有一个扩容条件用到次参数
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

hash算法：

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

映射到数组下标：tab[i = (n - 1) & hash])

扩容时的拆分：e.hash & oldCap

[参考链接](https://www.cnblogs.com/liujinhong/p/6576543.html)

插入：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        第一次插入时扩容
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        对应数组下标无数据，直接插入  
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {

            Node e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;相同的key则替换
            else if (p instanceof TreeNode)
            如果是树类型，按树的形式插入
                e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
            否则插入链表最后
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        如果链表达到转化为树的阀值，则转化为树
                        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;
                访问的回调操作LinkedHashMap实现了
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            如果数组使用达到阀值，扩容
            resize();
         插入的回调操作
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

扩容+转换：挺重要扩容中hash参考

    final Node[] resize() {
        Node[] 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;
            }
            扩容2倍：16-32
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                 阀值两倍：12-24
                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);
        }
        //第一次插入时：阀值12
        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[] newTab = (Node[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                    //树类型--分散树
                        ((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
    链表的转移：e.hash & oldCap 根据第X位（扩容后幂数位），将链表分成两部分，一部分还是占据原来的数组位置，另一部分转移到 当前+原来数组长度的位置。
                        Node loHead = null, loTail = null;
                        Node hiHead = null, hiTail = null;
                        Node 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;
    }

将链表转换为树的方法：

final void treeifyBin(Node[] tab, int hash) {
        int n, index; Node e;
        这里还有一个扩容判断，表的长度必须要大于64才扩容。也就是说当一个链表的长度大于8，但是数组长度还不到64那么应该先扩容，而不是先转化为树，因为树是比较占空间。
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            TreeNode hd = null, tl = null;
            do {
                TreeNode 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);
        }
    }

扩容时树的转换：多了树转链表的判断。拆分后两颗树的节点是不相同的，如果数量比较少就没必要作为树了。

final void split(HashMap map, Node[] tab, int index, int bit) {
            TreeNode b = this;
            // Relink into lo and hi lists, preserving order
            TreeNode loHead = null, loTail = null;
            TreeNode hiHead = null, hiTail = null;
            int lc = 0, hc = 0;
            for (TreeNode e = b, next; e != null; e = next) {
                next = (TreeNode)e.next;
                e.next = null;
                if ((e.hash & bit) == 0) {
                    if ((e.prev = loTail) == null)
                        loHead = e;
                    else
                        loTail.next = e;
                    loTail = e;
                    ++lc;
                }
                else {
                    if ((e.prev = hiTail) == null)
                        hiHead = e;
                    else
                        hiTail.next = e;
                    hiTail = e;
                    ++hc;
                }
            }

            if (loHead != null) {
                if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
                    tab[index] = loHead.untreeify(map);
                else {
                    tab[index] = loHead;
                    if (hiHead != null) // (else is already treeified)
                        loHead.treeify(tab);
                }
            }
            if (hiHead != null) {
                if (hc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)
                    tab[index + bit] = hiHead.untreeify(map);
                else {
                    tab[index + bit] = hiHead;
                    if (loHead != null)
                        hiHead.treeify(tab);
                }
            }
        }

总结：除了理解Hash表的扩容时机，转换过程，很有必要理解几个hash处理过程。