这礼拜认真的研究了一下java里的HashMap和一些并发编程的基础知识。这篇文章就具体的介绍一下HashMap的作用、原理以及实现过程。由于最近也在准备秋招，所以把和hashmap有关的面试题也放了进来。
首先介绍一下HashMap，以下来自百度百科的基本概念。
基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。（除了不同步和允许使用 null 之外，HashMap 类与 Hashtable 大致相同。）此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。另外，HashMap是非线程安全的，也就是说在多线程的环境下，可能会存在问题，而Hashtable是线程安全的。
下面说一下HashMap的底层数据结构。
在jdk1.7及以前，HashMap的数据结构是线性表+链表。
在jdk1.8之后，HashMap初始化的时候也是线性表+链表，只是当链表的长度超过一定数量之后，会把链表转换成红黑树来增加代码运行时的性能。在源码中用TREEIFY_THRESHOLD这个参数来指定这个数量，TREEIFY_THRESHOLD的值为8。
红黑树是一种自平衡二叉查找树，它的时间复杂度为O（log n）。关于红黑树的具体介绍以后在B/B+树里面一起总结。
接下来就照着源码来一点点讲吧。源码是jdk1.8版本的。
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY "初始容量",即最开始线性表的大小为16。在源码中16的表示方式用1<<4 这种移位运算符来表示，更加高效快捷。
/**
* The load factor used when none specified in constructor.
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
DEFAULT_LOAD_FACTOR "加载因子"，即当 线性表中的元素 > 初始容量 x 加载因子时 ，线性表会进行扩容，扩容大小为原来的大小，即扩容后的长度 = 扩容前x2。
/**
* The bin count threshold for using a tree rather than list for a
* bin. Bins are converted to trees when adding an element to a
* bin with at least this many nodes. The value must be greater
* than 2 and should be at least 8 to mesh with assumptions in
* tree removal about conversion back to plain bins upon
* shrinkage.
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
TREEIFY_THRESHOLD，树化阈值，即上文所说的，超过该值，则把链表转换成红黑树。
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* 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) {
Node[] tab; Node 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 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)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;
}
这一段是哈希表的put函数，其中的一些if-else我就不讲了，我只说一些我能进行解读的。
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
这一段的作用是根据hash值来计算出这个键值对应该放在线性表的哪一个位置，根据上一段源码，我们可以知道 n = 线性表的长度。
接下来这个操作我就觉得很酷了，作者把n-1和hash做了一个与运算。如果线性表在没有初始化的时候，长度是16转换成2进制则是10000，而n-1的二进制是1111。
与运算我们都知道，相同返回1，不同则返回0。
这样与hash的运算的二进制结果都是xxxx，x=1或x=0。
在进行完这个运算之后，结果是0~15，刚好在线性表的范围内。
这样也就解释了为什么线性表的大小总是2的幂次。
但这样又有一个问题，在刚初始化的时候，只有低4位真正生效，很容易发生碰撞，即很多对象都挤在哈希表的一个元素里。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
这段代码解决了上面的问题，当key 不为null时，先获取key值的hashCode,返回原hash值和原hash值无符号右移16位的值按位异或的结果。即当h的值hash>=2的16次方时，会改变h的哈希，而当h的hash< 2的16次方时,保持原值。
“返回原hash值和原hash值无符号右移16位的值按位异或的结果”，这样解读确实有点生硬，简单的说，就是把hash的高16位和低16位进行了异或运算，把高位的hash也参与进来。
/**
* 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[] 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;
}
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[] 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)
((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
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;
}
这段代码是hashMap的扩容代码。我也是挑几个点说一说。
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
}
这里就说明了，扩容后的线性表长度是原来大小 x 2，oldCap左移一位就是x2。
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
这一段说明了原hash值参与位置计算的再往后一位决定是否换位置。举个例子，原本是后四位参与位置计算，现在取第五位来参与扩容后的位置运算，如果为0，则还在原位，如果为1，则去原位下标 x 2的新位置。
关于HashMap，我就说到这里。
接下来有空就在这篇文章下面更新和HashMap有关的一些面试题。
1.HashMap、HashTable与ConcurrentHashMap的区别
HashMap和HashTable：
1.线程安全，HashTable中对大部分方法都使用了synchronized关键字，其中读取没有加锁，写入的时候给对象加了同步锁。
2.在HashMap中，null可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时，既可以表示HashMap中没有该键，也可以表示该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键，而应该用containsKey()方法来判断。而在HashTable中，无论是key还是value都不能为null。
3.HashMap默认初始化数组的大小为16，HashTable为11。前者扩容时乘2，使用位运算取得哈希，效率高于取模。而后者为乘2加1，都是素数和奇数，这样取模哈希结果更均匀。
HashTable和ConCurrentHashMap：
HashTable使用synchronized关键字，对对象加锁。
而
ConcurrentHashMap引入了分割(Segment)，可以理解为把一个大的Map拆分成N个小的HashTable，在put方法中，会根据hash(paramK.hashCode())来决定具体存放进哪个Segment，如果查看Segment的put操作，我们会发现内部使用的同步机制是基于lock操作的，这样就可以对Map的一部分（Segment）进行上锁，这样影响的只是将要放入同一个Segment的元素的put操作，保证同步的时候，锁住的不是整个Map（HashTable就是这么做的），相对于HashTable提高了多线程环境下的性能，因此HashTable已经被淘汰了。
在jdk8中，concurrentHashMap放弃了segment的概念，使用了cas算法实现新的操作。具体留给以后更新。