HashMap 源码分析

一、HashMap内部的数据结构是什么？

数组+单向链表

image.png

二、怎么验证内部结构是数组和单向链表？

a、数组：通过HashMap 源码知道、HashMap内部有个属性 transient Node[] table
b、单向链表：内部类Node里面维护了一个next的属性 Node next，是指向下一个节点的；

三、HashMap里面为什么会有hash的存在？hash计算的理解？

我们先看下我的事例代码

public class HashMapDemo {

    public static void main(String[] args) {
        HashMap map=new HashMap();
        String keys="names";
        String values="zhangsans";
        map.put(keys,values);
        System.out.println("数组的默认大小："+ (1<<4));
        System.out.println("对应二进制："+binaryToDecimal((15)));
        int hashCodes=keys.hashCode();
        System.out.println("hashCode值："+hashCodes);
        System.out.println("对应二进制："+binaryToDecimal(hashCodes));
        int dw=(hashCodes >>> 16);
        System.out.println("向右移16位，高位补0 值："+dw);
        System.out.println("对应二进制："+binaryToDecimal(dw));
        int yhValues=hashCodes ^ dw;
        System.out.println("异或运算结果："+yhValues);
        System.out.println("对应二进制："+binaryToDecimal(yhValues));
        //(n:数组长度 - 1) & hash ：hash值
        System.out.println("下标计算："+(yhValues & (16-1)));
    }

    /**
     * 转换二进制
     * @param n
     * @return
     */
    public static String binaryToDecimal(int n){
      String str = "";
       for(int i = 31;i >= 0; i--){
           int ys=(n >>> i & 1);
           str = str + ys;
       }
       return str;
    }
}

结果：

数组的默认大小：16
对应二进制：00000000000000000000000000001111
hashCode值：104585032
对应二进制：00000110001110111101011101001000
向右移16位，高位补0 值：1595
对应二进制：00000000000000000000011000111011
异或运算结果：104583539
对应二进制：00000110001110111101000101110011
下标计算：3

1. 为了Node节点数据落在何处 ;
2. 当put数据的时候，我们通过源码知道，会先经过数组，而数组的默认大小是16

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4 
//这个时候我们知道了数组默认大小，那么我们put的数据放在哪块呢？随机放？

a. 首先我们会 通过对 Object.hashCode() 得到一个整型数，【3373707】；
b. 根据数组默认大小，我们知道数组下标必须在0-15（扩容的下面说），那么我们的算法肯定得控制在这个值之类，否则就会发生数组越界
c. 而hashCode是通过 key.hashCode()高16位和低16位进行异或运算得到一个整数类型的值

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

d. 最后经过 & “与”运算，得到下标；

(n - 1) & hash

这个地方顺带说下：
这个也正好解释了为啥HashMap的数组长度要取2的整次幂。数组长度-1，正好相当于一个“低位掩码”，然后呢， & “与”运算的结果就是散列值得高位全部归零，只保留低位值；然后我们拿数组默认长度来说，16，下标就是 0-15；然后倒除法得到二进制值 1111

//高位全部归零，只保留末四位

    0000 0110 0011 1011 1101 0111 0100 1000
&   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
-------------------------------------------
    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1000    

看到这里，我们大概就会想到一个问题，这样就算我的散列值分布再松散，要是只取最后几位的话，碰撞也会很严重。分布上成等差数列的漏洞，恰好使最后几个低位呈现规律性重复。

这时候 “扰动函数" 的价值就体现出来了, 下面是所有值得二进制变化

h=hashCode()            0000 0110 0011 1011 1101 0111 0100 1000
—————————————————————————————————————————————————————————————————
h >>> 16                0000 0000 0000 0000 0000 0110 0011 1011
—————————————————————————————————————————————————————————————————
hash ^ hash >>>16       0000 0110 0011 1011 1101 0001 0111 0011
—————————————————————————————————————————————————————————————————
16-1                    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
—————————————————————————————————————————————————————————————————
(16-1) & hash           0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011
—————————————————————————————————————————————————————————————————
                                                              3

在上面大家可以比对下 h 和 h >>> 16 是不是发现了一个很有意思的东西，自己的高半区和低半区做异或，就是为了混合原始哈希码的高位和低位，以此来加大低位的随机性。而且混合后的低位掺杂了高位的部分特征，这样高位的信息也被变相保留下来。
JDK8只做了一次干扰，为什么呢？推荐大家看下《An introduction to optimising a hashing strategy》的一个实验应该就是明白了
e. 其实上面b-d可以直接替换成 Object.hashCode() % 16 这样得到的结果和&运算的结果都是保证在 0-15 的，但是对于计算机来说，& 运算的效率比取模运算的效率高。（这里也是一个注意点）

四、HashMap，put的流程（里面包含了很多面点，问题和解释）

image.png