并发编程系列——5HashMap核心原理分析
学习目标
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hash冲突的解决办法有哪几种
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HashTable、hashmap、CHM三者之间的区别
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HashMap的默认长度是多少？默认扩容因子是多少？
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HashMap它是怎么解决hash冲突的
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HashMap为什么扩容是2的幂次方
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谈一下HashMap中put是如何实现的？
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谈一下hashMap中什么时候需要进行扩容，扩容resize()又是如何实现的？
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谈一下hashMap中get是如何实现的？
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为什么是16？为什么必须是2的幂？如果输入值不是2的幂比如10会怎么样？
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HashMap和HashTable的区别
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hashmap中的扰动函数有什么作用
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hashmap的底层数据结构（1.7和1.8版本）
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hashmap为什么是线程不安全的（1.7和1.8版本）
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在什么情况下hashmap的链表会转化成红黑树
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HashMap的key可以为null吗？CHM呢？
第1章 前置知识
1、Hash表
Hash函数：MD5、SHA
Hash表：通过hash函数来计算数据位置的数据结构
HashMap通过数组去存储
2、Hash冲突
多个不同的key通过hash函数运算之后落在同一个数组下标的位置。
解决方案：
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ThreadLocal解决方案：线性探索（开发寻址法）
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HashMap解决方案：链式地址法
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再Hash法（通过多个hash函数）
3、锁粒度
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hashtable：是对整个数组加锁，两个线程对同一个hashtable进行操作时，只可能有一个线程进行put。
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1.7CHM：对数组中的每个segment加锁，不同线程对同一个CHM进行操作时，如果hash计算没有落在同一个segment时，就可以同时操作。每个segment里面存的也是一个16个长度的数组，然后数组里面存链表
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18CHM：对数组中的每个node加锁，不同线程对同一个CHM进行操作时，如果hash计算没有落在同一个node时，就可以同时操作。每个node里面存的是存链表或红黑树。
第2章 HashMap
2.1 从new说起
HashMap hashMap=new HashMap(5);public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity); //代表hashMap的容量大于这个的时候会进行resize操作
}不管传多大的容量，容量都是最靠近设置值的2的幂次方，且大于传入值
2.2 右移左移补充
<<表示左移移，不分正负数，低位补0；
注：以下数据类型默认为byte-8位
左移时不管正负，低位补0
正数：r = 20 << 2
20的二进制补码：0001 0100
向左移动两位后：0101 0000
结果：r = 80
r = 20 << 3
20的二进制补码：0001 0100
向左移动两位后：1010 0000
原码：1110 0000
结果：r = -96
负数：r = -20 << 2
-20 的二进制原码 ：1001 0100
-20 的二进制反码 ：1110 1011
-20 的二进制补码 ：1110 1100
左移两位后的补码：1011 0000
反码：1100 1111
原码：1101 0000
结果：r = -80
>>表示右移，如果该数为正，则高位补0，若为负数，则高位补1；
注：以下数据类型默认为byte-8位
正数：r = 20 >> 2
20的二进制补码：0001 0100
向右移动两位后：0000 0101
结果：r = 5
负数：r = -20 >> 2
-20 的二进制原码 ：1001 0100
-20 的二进制反码 ：1110 1011
-20 的二进制补码 ：1110 1100
右移两位后的补码：1111 1011
反码：1000 0100
原码：1000 0101
结果：r = -5
>>>表示无符号右移，也叫逻辑右移，即若该数为正，则高位补0，而若该数为负数，则右移后高位同样补0
正数： r = 20 >>> 2
的结果与 r = 20 >> 2 相同；
负数： r = -20 >>> 2
注：以下数据类型默认为int 32位
-20:源码：10000000 00000000 00000000 00010100
反码：11111111 11111111 11111111 11101011
补码：11111111 11111111 11111111 11101100
右移：00111111 11111111 11111111 11111011
结果：r = 1073741819
-1源码： 10000000 00000000 00000000 00000001
反码： 11111111 11111111 11111111 11111110
补码： 11111111 11111111 11111111 11111111
01111111 11111111 11111111 11111111
11111111 11111111 11111111 11111111
//保证
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1; //减1.防止传入的刚好是2的幂次方的时候，比如传入4，不减1，会得到7；
n |= n >>> 1; //右移一位，然后|运算，能保证高2位是1，是4 n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16; //类推到最大的2的32-1，也就是32个1！！因为java中int4字节，也就是32位，达到int的最大值
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; //再加1，
}举例 传入的cap是14
n=cap-1 ; 13 二进制位0000 1101
n |= n >>> 1; n>>>1 为 0000 0110 与n|运算 得到00001111
n |= n >>> 2; n>>>2 为 0000 0011 与n|运算 得到00001111
n |= n >>> 4; n>>>4 为 0000 0000 与n|运算 得到00001111
最终结果就是 000100002.3 扰动函数
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}右移16位与本来的异或；能使高16位与低16位都参与hash运算！！减少hash冲突
比如
1110 1000 >>>4 0000 1110
0000 1110
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1110 0110 2.4 继续put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node[] tab; Node p; int n, i;
//判断table是否为空
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
//初始化
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //不存在hash冲突
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { //hash冲突
Node e; K k;
if (p.hash == hash && //hash值相等
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //key也相等
e = p; //直接将已有的给到e
else if (p instanceof TreeNode) //是红黑树
e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else { //插入链表
for (int binCount = 0; ; ++binCount) { //一直遍历，没有条件
if ((e = p.next) == null) { //到了链表尾部
p.next = newNode(hash, key, value, null); //添加到链表尾部
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st //当链表长度达到8，转变为红黑树
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) //hash跟key都一样，链表里面覆盖
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key //有需要覆盖的节点，覆盖
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
} 2.5 扩容（初始化）
final Node[] resize() {
Node[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; //得到原来table的长度.假如是4
int oldThr = threshold; //得到原来的扩容临界值 4*0.75=3
int newCap, newThr = 0; //新的table的长度与扩容临界值
if (oldCap > 0) { //如果table有值，代表不是初始化
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //判断原来的table长度是不是到了最大值，如果到了最大值，不再扩容，直接返回原来的数组
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && //newCap为oldCap的2倍，并且原来的长度>=16，临界值为原有临界值的2倍，这时newCap=8
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold,结果是跟newCap*0.75一样的，必须大于等于16，不然4的扩容是3，*2就会有问题
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold //当没有数据的时候，初始化容量就为阈（yu）值
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults //默认值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) { //当原来table的长度小于16的时候
float ft = (float)newCap * loadFactor; //newCap为原来长度的2倍*0.75 也就是8*0.75=6
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE); //新的扩容临界值为6
}
threshold = newThr; //扩容值变成了6
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) //不用再编译完成后出现警告信息，忽略"rawtypes","unchecked"
Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap]; // 新的数组长度为8
table = newTab; //table赋值为newTab
if (oldTab != null) { //进行数据迁移
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null; //便于GC
if (e.next == null) //没有next，代表不是链表，就是数组
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; //hash取模放到数组位置
else if (e instanceof TreeNode) //如果是红黑树，按红黑树转移
((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order //链表，链表转移
//低位链表，也就是当hash取模小于old的时候
Node loHead = null, loTail = null;
//高位链表，也就是当hash取模大于等于old的时候
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);
//低位链表放在原有位置
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
//如果超过了原来old，放在old的长度+j
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
} 2.6 链表转红黑树
final void treeifyBin(Node[] tab, int hash) {
int n, index; Node e;
if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY) //数组不到64，也不会转红黑树
resize(); //扩容
else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
TreeNode hd = null, tl = null; // 定义首、尾节点
do {
TreeNode p = replacementTreeNode(e, null); //将该节点转换为 树节点
if (tl == null)
hd = p;
else {
p.prev = tl;
tl.next = p;
}
tl = p;
} while ((e = e.next) != null); // 继续遍历链表
// 到目前为止 也只是把Node对象转换成了TreeNode对象，把单向链表转换成了双向链表
if ((tab[index] = hd) != null)
hd.treeify(tab); //转为红黑树
}
}