Java面试学习笔记——HashMap源码分析
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目录
第一部分 基础入门
1、数组的优势/劣势：
2、链表的优势/劣势：
3、有没有一种方式整合两种数据结构的优势？
4、散列表有什么特点？
5、什么是哈希？
第二部分 HashMap原理
1、HashMap的继承体系是什么样的？
2、Node数据结构分析？
3、底层存储结构介绍？
4、put数据原理分析
5、什么是Hash碰撞？
6、什么是链化？
7、jdk8为什么引入红黑树？
8、HashMap扩容原理？
第三部分 手撕源码
1、HashMap核心属性分析（threshold，loadFactory，size，modCount）
2、构造方法分析
3、HashMap put方法分析➡putVal方法分析
4、HashMap resize扩容方法分析
5、HashMap get方法分析
6、HashMap remove方法分析
7、HashMap replace方法
第一部分 基础入门
1、数组的优势/劣势：
优势：使用方便、查询效率较高、内存一般为连续的区域。
劣势：大小固定、不适合动态存储。
2、链表的优势/劣势：
优势：可以动态添加删除、大小可变。
劣势：只能通过顺次指针访问，查询效率低。
3、有没有一种方式整合两种数据结构的优势？
”散列表“：整合了数组与链表，（数组里的元素是链表）。
4、散列表有什么特点？
能通过index快速索引，又能动态扩容。
5、什么是哈希？
Hash，也称哈希、散列。
1.基本原理：把任意长度的输入，通过Hash算法变成固定长度的输出。这个映射的规则就是对应的Hash算法，而原始数据映射后的二进制串就是哈希值。
2.Hash的特点：
①从Hash值不可以反向推导出原始数据！
②输入数据的微小变化会得到完全不同的hash值，相同的数据会得到相同的哈希值。
③hash算法的执行效率要高效，长的文本也能快速的计算出哈希值。
④hash算法的冲突概率小。
由于hash的原理是将输入空间的值映射成hash空间内，而hash值的空间远小于输入的空间。根据抽屉原理，一定会存在不同的输入被映射成相同输出的情况。
第二部分 HashMap原理
1、HashMap的继承体系是什么样的？
HashMap是AbstractMap的子类，是Map的实现类，HashMap是Map接口的非同步实现类。
public class HashMap extends AbstractMap implements Map
public abstract class AbstractMap implements Map
public interface Map 
2、Node数据结构分析？
静态内部类Node
3、底层存储结构介绍？
其实就是：数组+链表+红黑树
4、put数据原理分析
5、什么是Hash碰撞？
不同的数据计算出的hash值是一样的。
6、什么是链化？
扩容时，链表长度≤8、元素个数≤64时，链表化；反之树化（红黑树）。
7、jdk8为什么引入红黑树？
由于hash冲突导致链表查询非常慢，时间复杂度为O（n），引入红黑树后链表长度大于8时会自动转换为红黑树，以提高查询效率O (logn)。
8、HashMap扩容原理？
HashMap的容量，默认是16；HashMap的加载因子，默认是0.75。当HashMap中元素数超过容量*加载因子时，HashMap会进行扩容。扩容到2的n次幂，路由寻址公式：(table.length - 1) & node.hash 。
第三部分 手撕源码
1、HashMap核心属性分析（threshold，loadFactory，size，modCount）
1.几个重要常量：
①DEFAULT_INITIAL_CAPACITY "缺省table大小"，=16，1<<4
②MAXIMUM_CAPACITY "table最大长度"，1<<30
③DEFAULT_LOAD_FACTOR “缺省负载因子大小”，=0.75f
④TREEIFY_THRESHOLD "树化阈值"，=8
⑤UNIREEIFY_THRESHOLD “树降级称为链表的阙值”，=6
⑥MIN_TREEIFY_CAPACITY "树化的另一个参数，当哈希表中元素≥这个数时，树化。"，=64
2.核心属性：
①Node
②size "当前哈希表中元素个数"
③modCount "当前哈希表结构修改次数"
④threshold "扩容阙值，当你的哈希表中的元素超过阙值时，触发扩容"
⑤loadFactory "负载因子"，threshold = capacity * loadFactory
2、构造方法分析
1.其实就是做了一些校验，①capacity必须是大于0，最大值也就是MAXIMUM_CAPACITY;
②loadFactory必须大于0；
③赋值loadFactory，和threshold（tablesizefor方法，返回一个≥当前值cap的一个数字，并且这个数字一定是2的次方数。(或运算 | ：遇真则真，全假才假))
public HashMap(int initialCapacity,float loadFactor)
2. public HashMap(int initialCapacity)
3. public HashMap()
4. public HashMap(Map m)
3、HashMap put方法分析➡putVal方法分析
1. put方法调用putVal方法：
public V put(K key,V value){
return putVal(hash(key),key,value,false,true);
}-
hash方法：扰动函数，作用：让key的hash值高16位也参与路由运算。
异或 ^ ：同0异1。
-
putVal方法：①tab：引用当前hashmap的散列表；
②p： 表示当前散列表的 元素；
③n： 表示散列表数组的 长度；
④i： 表示路由寻址 结果。
延迟初始化逻辑，第一次调用putVal时会初始化hashmap对象中的最耗费内存的散列表。 最简单的一种情况：寻址找到的桶位刚好是null时，直接将当前k-v=>node 扔进去就可以了： （e：不为null的话，找到了一个与当前要插入的key-value一致的key的元素。） 如果桶位中的该元素与要插入的key一致时，后续需要进行替换操作： 链表的情况，而且链表的头元素与要插入的key不一致，遍历： 如果迭代到最后一个元素，也没找到与要插入的key一致的node，则加到当前链表的末尾： 当前链表的长度达到树化标准时，需要进行树化操作treeifyBin(tab, hash)。 如果找到了相同的key的node元素，则进行替换操作。 e不等于null时，说明找到了一个与插入元素key完全一致的数据。 modCount：表示散列表结构被修改的次数，替换Node元素的value不计数。 插入新元素，size自增，如果自增后的值大于扩容阙值，则触发扩容。
4、HashMap resize扩容方法分析
4.1 为什么要扩容？
扩容会缓解 哈希冲突 导致的 链化 影响查询效率 的问题。
4.2 一些变量：
oldTab：引用扩容前的哈希表。
oldCap：表示扩容之前的table数组的长度。
oldThr：表示扩容之前的扩容阈值，出发本次扩容的阈值。
newCap：扩容后table数组的长度。
newThr：扩容后，下次再次触发扩容的条件。
4.3 源码分析：
（1）计算newCap和newThr：
如果oldCap > 0，说明hashMap中的散列表已经初始化过了，（正常扩容）：
如果扩容之前的table数组大小已经达到了 最大阈值后，则不扩容，且设置扩容条件为int最大值。
否则，（newCap = oldCap << 1）oldCap左移一位实现数值翻倍，并且赋值给newCap，newCap小于数组最大限制 且 扩容之前的阈值 >= 16，则 下一次扩容的阈值 = 当前阈值翻倍。
如果oldCap == 0，但oldThr > 0: ①new HashMap(initCap , loadFactor); , 说明hashMap中的散列表是null。
②new HashMap(initCap);
③new HashMap(map); //并且这个map有数据。
如果oldCap == 0，且newThr == 0：new HashMap()，通过newCap和loadFactor计算出一个新的newThr。（2）扩容：
创建出一个更大、更长的数组。
如果hashMap本次扩容之前，table不为空：（e：当前node节点）
如果如果当前桶位中有数据，但是数据具体是 单个数据、还是链表、还是红黑树 并不知道。
(oldTab[j] == null),方便JVM GC 时回收内存。
一、如果当前桶位只有一个元素，从未有碰撞，则直接算出该元素应在 新数组中的位置 并扔进去。
二、如果当前节点已经树化：((TreeNode) e).split(this,newTab,j,oldCap);
三、如果当前桶位已经形成链表：
低位链表loHead：存放在扩容之后的数组下标位置，与当前数组的下标位置一致。
高位链表hiHead：存放在扩容之后的数组下标位置： 当前数组下标位置 + 扩容之前的数组长度。 5、HashMap get方法分析
核心getNode( ) 方法：
5.1 一些变量：
tab：引用当前hashMap的散列表。
first：桶位中的头元素。
e： 临时的node元素。
n： table数组长度。
5.2 源码分析：
一、如果定位出来的桶位元素 即为要get的数据。
如果当前桶位不止一个元素，可能是 链表、或 红黑树：
二、桶位升级成了红黑树。
三、桶位形成链表。6、HashMap remove方法分析
核心removeNode( )方法：
6.1 一些变量：
tab：引用当前hashMap的散列表。
p：当前node元素。
n： table数组长度。
index：表示寻址结果。
node：查找到的结果。
e：当前Node的下一个元素。
6.2 源码分析：
如果路由的桶位是有数据的，需要进行查找操作，并且删除：
一、如果当前桶位中的元素 即为 要remove删除的元素。（不用查询，直接删）
如果当前桶位要么是链表，要么是红黑树。
二、红黑树查找操作。
三、链表。
如果判断node不为空，说明按照key查找到需要删除的数据了。（先查询再删）
一、如果node是树节点，则进行树节点移除操作。
二、如果桶位元素即为查找结果，则将该元素的下一个元素放在桶位中。
三、否则（如果是链表），将当前元素p的下一个元素 设置成 要删除元素的下一个元素。7、HashMap replace方法分析
替换方法：
public boolean replace(K key,V oldValue,V newValue){}