HashMap的底层实现原理及与HashTable的区别。

1 HashMap的底层实现原理

我们知道数组和链表在存储数据时，有不同的性能表现：

• 数组：占用连续的存储空间，询址查询速度快，增删速度慢
• 链表：占用空间不连续，查询速度慢，增删快。

HashMap 结合了二者的优点，定义了链表数组。在jdk1.8 之前为Entry[]，jdk1.8 中为Node[]，Entry和Node类似，本质上就是一个单向的链表。

// JDK1.8 HashMap Node节点部分源码
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
        }

HashMap存储键值对的过程：

1. 调用key.hashcode()计算出键的hashcode值。
2. 调用hashmap的hash()散列算法算出hash值。
3. 根据hash值确定填充的数组位置。
4. 如果hash值相同，则调用key.equals()方法，如果相同，则不存，如果不同，则进行尾插。

ps:HashMap中key和value都允许为null。key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中。

HashMap的取值过程

1. 调用get(key)方法
2. 调用key.hashcode()的方法得到hashcode值
3. 调用散列算法hash()计算出hash值，依据hash值定位查询的数组位置
4. 遍历链表，比较key.equals()是否为true,为ture时找到。

ps:两个内容相同(equals()为true)的对象必须具有相同的hashcode;

hash()散列算法:

1. hash = hashcode % 数组长度
   这种算法因为使用了除法，所以效率较低
2. hash = hashcode&(数组长度-1)*
   hashcode对数组的长度-1进行按位与运算，数组的长度必须为2的整数幂

HashMap的扩容问题：
HashMap中Node()数组的默认初始长度为16，当存储的数据不断增加时，因为数组的位置有限，导致链表的长度增加，hashmap的效率降低。所以HashMap内部引入了扩容机制。
HaspMap的扩容涉及到了四个关键的参数：size，threshhold，DEFAULT_INITIAL_CAPACITY，DEFAULT_LOAD_FACTOR。在HashMap中的定义如下：

/**
* 数组中的元素个数
* The number of key-value mappings contained in this map.
*/
transient int size;
/**
* 扩容的阈值
* The next size value at which to resize (capacity * load factor).
*/   
int threshold;
/**
* 默认的初始数组大小为16 (必须为2的指数次幂)
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 默认加载因子0.75
* The load factor used when none specified in constructor.
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

当 size > threshold 时，会调用resize()方法进行数组的扩容。
ps:jdk1.8对hashmap的优化

1. jdk8中 当链表长度大于8时，链表转换为红黑树，提高查找效率。
2. jdk8中对扩容方法resize()进行了优化，当数组的元素数量大于capacity*load_factor时，会进行2次幂的扩展（例：原数组的capacity为16，扩容后为32），此举的目的是不用重新计算每个元素的hash值，每个元素的在新数组的位置只有两种可能：要么在原位置，要么在原位置的基础上移动原capacity个长度。

*为什么要使用hash = hashcode&(数组长度-1)这种形式的散列算法？
问题的关键在于为什么是(数组长度-1) ？，因为(数组长度-1)是一个奇数。偶数在转化为二进制时低位为0，奇数在转化为二进制时低位为1，在进行按位与运算时，如果低位为0，那么位运算的结果低位一定为0，转化为十进制后hash值只能是偶数；而如果低位为1，那么位运算的结果低位可能位0也可能为1，转化为十进制后即hash值有可能是奇数，也有可能是偶数。我们知道hash值对应的就是数组的位置索引，如果hash值只能为偶数，那么最多只能利用到数组一半的空间。故采用（数组长度-1）的目的，就是是计算出的hash值即可以为奇数，也可以为偶数，充分利用数组的空间。

2 HashMap与HashTable的区别

简单来说，分为以下几个方面：

1. 线程安全性不同
   HashTable的方法是线程安全的，HashMap不支持线程同步，所以效率上HashMap一般高于HashTable
2. key和value是否允许null值
   Hashtable中，key和value都不能为null，而HashMap中可以允许key和value为null，且存储在数组索引为0处；
3. 扩容
   HashTable中，数组的默认大小是11，扩容的方式是 原数组长度*2+1
   HashMap中，数组默认大小是16,扩容是按2倍的大小
4. hash值
   HashTable中，直接使用key的hashcode
   HashMap中，使用的是key的hashcode 高低16位异或的结果
5. hashmap 使用的是Iterator hashtable使用的是Enumeration