HashMap底层数据结构

HashMap集合： 底层是哈希表/散列表的数据结构

 HashMap集合：
	1、HashMap集合底层是哈希表/散列表的数据结构。
	2、哈希表是一个怎样的数据结构呢？
    	哈希表是一个数组和单向链表的结合体。
        数组：在查询方面效率很高，随机增删方面效率很低。
        单向链表：在随机增删方面效率较高，在查询方面效率很低。
        哈希表将以上的两种数据结构融合在一起，充分发挥它们各自的优点。
    3、HashMap集合底层的源代码：
        public class HashMap{
            // HashMap底层实际上就是一个数组。（一维数组）
            Node[] table;
            // 静态的内部类HashMap.Node
            static class Node {
                final int hash; // 哈希值（哈希值是key的hashCode()方法的执行结果。hash值通过哈希函数/算法，可以转换存储成数组的下标。）
                final K key; // 存储到Map集合中的那个key
                V value; // 存储到Map集合中的那个value
                Node next; // 下一个节点的内存地址。
            }
        }
        哈希表/散列表：一维数组，这个数组中每一个元素是一个单向链表。（数组和链表的结合体。）
    4、最主要掌握的是：
        map.put(k,v)
        v = map.get(k)
        以上这两个方法的实现原理，是必须掌握的。
    5、HashMap集合的key部分特点：
        无序，不可重复。
        为什么无序？ 因为不一定挂到哪个单向链表上。
        不可重复是怎么保证的？ equals方法来保证HashMap集合的key不可重复。
        如果key重复了，value会覆盖。
        放在HashMap集合key部分的元素其实就是放到HashSet集合中了。
    所以HashSet集合中的元素也需要同时重写hashCode()+equals()方法。
    6、哈希表HashMap使用不当时无法发挥性能！
        假设将所有的hashCode()方法返回值固定为某个值，那么会导致底层哈希表变成了纯单向链表。这种情况我们成为：散列分布不均匀。
        什么是散列分布均匀？
            假设有100个元素，10个单向链表，那么每个单向链表上有10个节点，这是最好的，是散列分布均匀的。
        假设将所有的hashCode()方法返回值都设定为不一样的值，可以吗，有什么问题？
            不行，因为这样的话导致底层哈希表就成为一维数组了，没有链表的概念了。也是散列分布不均匀。
        散列分布均匀需要你重写hashCode()方法时有一定的技巧。
    7、重点：放在HashMap集合key部分的元素，以及放在HashSet集合中的元素，需要同时重写hashCode和equals方法。
    8、HashMap集合的默认初始化容量是16，默认加载因子是0.75
        这个默认加载因子是当HashMap集合底层数组的容量达到75%的时候，数组开始扩容。
		/**
 		* The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified
 		* by either of the constructors with arguments.
 		* MUST be a power of two <= 1<<30.
		 */
		 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
        重点，记住：HashMap集合初始化容量必须是2的倍数，这也是官方推荐的， 这是因为达到散列均匀，为了提高HashMap集合的存取效率，所必须的。

注意：同一个单向链表上所有的节点hosh相同，因为他们的数组下标是一样的。
但是同一个链表上的K和K的equals方法肯定返回的是false，都不相等 【无序不可重复】

package com.company.map;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;

public class HashMapTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 测试HashMap集合key部分的元素特点
        // Integer是key，它的hashCode和equals都重写了。
        Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
        map.put(1111, "zhangsan");
        map.put(6666, "lisi");
        map.put(7777, "wangwu");
        map.put(2222, "zhaoliu");
        map.put(2222, "king"); //key重复的时候value会自动覆盖。

        System.out.println(map.size()); // 4

        // 遍历Map集合
        Set<Map.Entry<Integer, String>> set = map.entrySet();
        for (Map.Entry<Integer, String> entry : set) {
            // 验证结果：HashMap集合key部分元素：无序不可重复。
            System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
        }
    }
}

重写equals一定要重写hashcode：

package com.company.bean;

import java.util.Objects;

public class Student {
    private String name;

    public Student() {
    }

    public Student(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    // hashCode

    // equals（如果学生名字一样，表示同一个学生。）
    /*public boolean equals(Object obj){
        if(obj == null || !(obj instanceof Student)) return false;
        if(obj == this) return true;
        Student s = (Student)obj;
        return this.name.equals(s.name);
    }*/

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name);
    }

}

package com.company.bean;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

/**
1、向Map集合中存，以及从Map集合中取，都是先调用key的hashCode方法，然后再调用equals方法！
equals方法有可能调用，也有可能不调用。
    拿put(k,v)举例，什么时候equals不会调用？
        k.hashCode()方法返回哈希值，
        哈希值经过哈希算法转换成数组下标。
        数组下标位置上如果是null，equals不需要执行。
    拿get(k)举例，什么时候equals不会调用？
        k.hashCode()方法返回哈希值，
        哈希值经过哈希算法转换成数组下标。
        数组下标位置上如果是null，equals不需要执行。

2、注意：如果一个类的equals方法重写了，那么hashCode()方法必须重写。
并且equals方法返回如果是true，hashCode()方法返回的值必须一样。
    equals方法返回true表示两个对象相同，在同一个单向链表上比较。
    那么对于同一个单向链表上的节点来说，他们的哈希值都是相同的。
    所以hashCode()方法的返回值也应该相同。

3、hashCode()方法和equals()方法不用研究了，直接使用IDEA工具生成，但是这两个方法需要同时生成。

4、终极结论：
    放在HashMap集合key部分的，以及放在HashSet集合中的元素，需要同时重写hashCode方法和equals方法。

5、对于哈希表数据结构来说：
    如果o1和o2的hash值相同，一定是放到同一个单向链表上。
    当然如果o1和o2的hash值不同，但由于哈希算法执行结束之后转换的数组下标可能相同，此时会发生“哈希碰撞”。

 */
public class HashMapTest02 {
    public static void main(String[] args) {

        Student s1 = new Student("zhangsan");
        Student s2 = new Student("zhangsan");

        // 重写equals方法之前是false
        //System.out.println(s1.equals(s2)); // false

        // 重写equals方法之后是true
        System.out.println(s1.equals(s2)); //true （s1和s2表示相等）

        System.out.println("s1的hashCode=" + s1.hashCode()); //284720968 (重写hashCode之后-1432604525)
        System.out.println("s2的hashCode=" + s2.hashCode()); //122883338 (重写hashCode之后-1432604525)

        // s1.equals(s2)结果已经是true了，表示s1和s2是一样的，相同的，那么往HashSet集合中放的话，
        // 按说只能放进去1个。（HashSet集合特点：无序不可重复）
        Set<Student> students = new HashSet<>();
        students.add(s1);
        students.add(s2);
        System.out.println(students.size()); // 这个结果按说应该是1. 但是结果是2.显然不符合HashSet集合存储特点。怎么办？
    }
}

JDK1.8后

jdk1.8后HashMap中，如果哈希表单向链表中元素超过8个，单向链表会变成红黑树数据结构，当红黑树上的节点小于6时，会重新把红黑树变成单向链表数据结构

/**
 * 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;

/**
 * The bin count threshold for untreeifying a (split) bin during a
 * resize operation. Should be less than TREEIFY_THRESHOLD, and at
 * most 6 to mesh with shrinkage detection under removal.
 */
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

红黑树：