JAVA中的HashMap（原理篇）

这一篇呢，是相对于自己的理解，说一说HashMap的底层原理，希望能以简单的方式来说明，便于去理解。。。。

一、HashMap特点

首先说到表，那一定伴随着数据的增删改查和遍历；
那HashMap同样也有着这样的功能；
那到底什么是HashMap，我们先说一下他的两个特点；
1.存取无序
2.键唯一

那，HashMap中有两个参数，一个是key，一个是value；
这个key是唯一的，也就对应了HashMap的查找方式；

二、HashMap的创建

我们从创建一个HashMap对象开始说起，当我们创建一个HashMap对象时；
在jdk1.8以前：在构造方法中创建一个长度是16的Entry[]table的数组来存储数据。
在jdk1.8以后：在第一次调用put方法时创建一个长度16的数组Node[]table来存储数据。
对于这两句话，我们只要理解，在1.8这个分割线下，数组是什么时候创建的；

三、数据的添加

然后刚才提到了put这个方法，显而易见，这个方法就是向HashMap存入数据；
那么存入数据这个过程他是怎么实现的呢？
我们举个例子来说明；
这四个数据的插入，我们就假设出四种插入情况

HashMap<String,Integer> hm=new HashMap<>();
hm.put("张三",18);
hm.put("李四",18);
hm.put("王二麻子",18);
hm.put("张三",20);

在第一行我们创建了一个HashMap对象；
然后在第一次调用put方法的时候，我们会创建一个大小为16的数组；

1.
这里我就不画出16个了，为了方便一点。
我们第一次调用put方法，key存的是“张三”，value存的是18；
那我们到底是怎么存放进去的呢；
首先用这个key调用Hashcode函数来求出它的Hashcode值；
然后在用这个Hashcode值和（数组长度-1）进行按位与运算；
求出索引值，我们假设这个索引值为3，我们看到数组中第三个位置上没有数据；
我们就直接插入；

2.
然后我们看第二个数据，通过刚才的步骤依旧计算出他的索引值；
这个时候，如果我们假设他的索引值依旧为3；那怎么办呢；
数组在3的这个位置已经有值了，这个时候，就要进行下面的步骤；
我们计算“李四”的Hashcode值，发现啊，和我原来3位置上的“张三”的Hashcode值不一样；
哎，那不一样就好办了，我们就直接用拉链法，在张三这个位置，添加一个节点，把第二个数据存进去不就完了吗，从而形成一个链表；

这里面提一嘴，就算是两个不一样的key，Hashcode值有可能一样；
3.
然后我们再看插入的第三个数据，依旧和之前一样，我们计算它的索引值，然后啊；
我发现这TM又是一个3；
这我已经有经验了，分别比较呗，我看看“王二麻子”的Hashcode值和里面的那俩一不一样，这一计算发现，竟然和“张三”的Hashcode值一样，刚才提的那一嘴就在这里用到，该怎么办呢；
不要慌，继续下一步，我Hashcode值和你一样，那我就在调用一个key的equals方法，看看我们的key值是不是一样的，那显而易见了，一个“张三”，一个“王二麻子”；equals方法一定会返回false啊；
好家伙那明确了；
又是一个新来的，插！

4.
然后就剩最后一个数据了，来吧！
又是张三，这一计算，索引值必然是3，索引值一样，我们就算Hashcode值，那必然又和“张三”一样，好，Hashcode值一样，调用equals方法，都是“张三”，那equals也肯定返回true了。
这个时候就说明你这个键值，我表中确确实实已经有了，那我已经有了你又给我一个，好，懂你意思，换就完了被；
这个时候，就把新的value替换原先的value；

这样这四个数据也就全都add进去了，这四个数据也是对应的四种情况（当然是在索引值相同时的情况）

四、转换红黑树

那，在jdk1.8之前，数据的存储方式就是像这样，索引值相同的以链表方式这么存下去；
在jdk1.8之后，只要满足两个条件，那么链表就会转化成红黑树；
1.节点的长度大于8
2.数组长度大于64
必须同时满足这两个条件，链表才会被转换成红黑树；
这里呢，为什么节点的长度要大于8呢，这就涉及到了数学问题，具体资料就要在别处查阅了；
总之呢，基于时间和空间的权衡，最后选择了8这个数字；

五、计算索引值的方法

刚才在调用put方法的时候，我们只是说了，用key调用的Hashcode值，和数组长度来计算索引值，那到底底层是怎么计算这个索引值的呢？
我们以第一个例子来看，假设“张三”的Hashcode值为3；
数组长度初始值为16，减一为15；
我们把3和15转换成二进制；

后两位都是1，所以落下来的也是1，前两位并不都是1，所以落下来的是0；
那么，计算出的索引值就是3；

六、初始容量

之前我们一直在说数组长度为16，那么这个16是什么意思呢，就是HashMap的初始容量，可以在调用构造方法的时候写进参数里面的初始容量；
那如果像之前的例子的话，我调用的是无参数的构造函数，那么初始容量的默认值就是16；

这里值得注意的就是，初始容量必须是2的n次方；
哎？那我不写行不行，我就不信我写个10你会给我报错？
方然不会报错，在HashMap的底层下有一个方法，如果你传的参数不是2的n次方，那么他就会给你变成2的n次方，怎么变呢，比如你给个10，那真正称为参数的初始容量，会被改成16；
发现了吗，就是你给的数字后面的第一个2的n次方的数字；
具体底层的代码实现可以看看源码，非常牛逼（真是不知道这帮人为啥这么厉害）

七、加载因子

关于加载因子，在下一个小结会说是干什么用的，在这里我们先说一下，如果用HashMap无参数的构造函数，加载因子默认为0.75，当然你也可以改，只要是0-1的数字就行；
但是这里是不建议改的，为什么呢，那么牛逼的人通过计算和实验最终确定下来的值，肯定是最好的，所以就强烈不建议更改；
那加载因子是干什么的，现在开始说

八、扩容

resize这个方法，简单来说，就是把数组长度扩大乘2；
那什么时候会被调用呢，可以看之前我们说过，红黑树的转换条件，一个是节点数大于8，这个没说的了；
而另一个，就是数组长度要大于64，哎？那如果我只满足节点数大于8， 但是我的数组长度还没有到64啊，这个时候怎么办，这个时候就会扩容；
扩容呢还有别的条件，总结来说以下两个条件满足一个就要扩容；
1.当桶的占用数量大于（加载因子乘初始容量）
2.节点数大于8，数组长度小于64

只要满足这两个条件之一，就会调用resize方法；
那这时候又要分了；
jdk1.8之前：重新进行hash分配
数组长度都变了，那肯定要重新计算索引值呀，然后在重新分配
jdk1.8之后：计算新的索引的高位：
如果是0，新索引的位置就是原来索引的位置
如果是1，新索引的位置=原来索引的位置+原来数组的长度

这个特点通过刚才索引值的计算方法也可以算出来，这里我就不再算了；
那还有呢，由于这个高位时0/1完全随机，更好的避免了哈希碰撞；

然后因为扩容 是个很不好的东西，所以我们要尽量避免扩容，那刚才的加载因子，为什么要为0.75，就是因为加载因子的值，取决了是否要扩容，而0.75这个值，就是最好的；

哈，
关于我的HashMap学习的原理部分，我就全部分享完了，OK；
结束！