HashMap及ConcurrentHashMap

一. Java 1.7

1. HashMap

        HashMap 默认初始容量是 16

        长度始终保持 2 的 n 次方

        扩容：每次扩容为原来的 2 倍

1）初始化：

        当初始化 HashMap 的大小时，HashMap 并不会使用我们传进来的 initialCapacity 参数直接作为初识容量。HashMap 构造函数会帮我们计算一个相对合理的值当做初始容量。所谓合理值，其实是找到第一个比用户传入的值大的 2 的幂。比如传 7 的话，hashmap 会帮我们初始化一个容量为 8 的 hashmap，传 9 的话，hashmap 会通过计算，帮我们创建一个容量为 16 的 hashmap。

2）加载因子为 0.75：

        实际存储容量  > initialCapacity *0.75时 会进行扩容，每次扩容都需要重建 hash 表，是非常影响性能的。同样设置过大浪费内存，因此设置一个合适的初始容量是有必要的。

可通过expectedSize /0.75F + 1.0F 计算默认初始的大小，expectedSize 为要存的数量

3）底层实现：

        底层使用一个 entry 对象数组 + 链表构成

        底层通过将 封装成一个对象 entry，然后通过计算 key 的 hashcode 值，再将hashcode 值 与 数组长度-1进行与运算后定位到数组 index，若该 index 无元素，则直接插入，若该 index 有元素，则遍历该位置链表，有该 key 则修改其值，没有则插入（Java 7 使用头插法，Java 8 使用尾插法）

2. HashTable

        HashTable 实现线程安全的原理：在可能产生并发安全问题的地方加上 synchronized 关键字，当某个线程操作hash表时给整个散列表加锁，保证并发线程安全性，但是显然这是不合理的，因为某个线程操作散列表的内容是有限的，但是锁了整个表，虽然保证了线程安全性，但是严重了影响性能

3. ConcurrentHashMap

底层原理：HashEntry +链表 + Segment + ReentrantLock 

        将整个 hashMap 散列表分段，每一段称之为一个 Segment ，默认大小是16，在并发情况下，通过 ReentrantLock 分段加锁保证并发线程安全，在 put  时，将封装成一个 HashEntry ，通过 key 的 hashcode 值先计算其位于哪一个Segment，若多个线程访问同一个 segment 时，只能有一个线程获得该 Segment 的锁，其余访问该 segment 的线程只能阻塞等待，但是访问不同 segment 的线程不受影响，可以并发执行

        Segment 数组大小称之为并发度，代表哈希表分的段数，一经初始化确定就不再变化

        相较于 hashTable 通过分段锁，在保证了 HashMap 的线程安全性的同时，大大提高了其性能

二. Java 1.8

1. HashMap

        底层使用 数组 + 链表 + 红黑树 构成

        底层通过将 封装成一个对象 Node，然后通过计算 key 的 hashcode 值，再将hashcode 值 与 数组长度-1 进行与运算后定位到数组 index，若该 index 无元素，则直接插入，若该 index 有元素，则遍历该位置链表，有该 key 则修改其值，没有则插入（Java 7 使用头插法，Java 8 使用尾插法）

        不同点：当链表元素个数大于等于 8 时，会判断当前数组长度是否大于64，小于64则进行扩容，大于64，则将该节点的链表转为红黑树

2.  ConcurrentHashMap

       JDK1.8 的 ConcurrentHashMap 数据结构使用的是和 HashMap 一样的数据结构：数组 + 链表 + 红黑树。ConcurrentHashMap 中包含一个 table 数组，其类型是一个 Node 数组；而 Node 是一个继承自 Map.Entry 的链表，而当这个链表结构中的数据大于等于 8 并且数据长度大于64，则将链表升级为 TreeBin 类型的红黑树结构

        并发安全性：整个Node数组使用 volatile 关键字修饰 ，保证了多线程下哈希表的可见性，CAS + synchronized 关键字方式时加锁的对象是每个链条的头结点，也就是锁定的是冲突的链表，所以再次提高了并发度

        当多线程访问同一个元素节点时：

        若该元素节点为空：则触发乐观锁机制，线程获得该 node 节点对象的版本号，在添加元素之前判断版本号是否与旧的保持一致，若一致则添加，若不一致则执行自旋操作

        若该元素节点不为空：则使用 synchronized 关键字进行加锁，锁住当前链表的头节点，只能有一个线程获得锁，其余线程必须阻塞等待，然后获得锁的线程进行操作