底层原理解析

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HashMap底层原理：

ConcurrentHashMap 底层原理

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HashMap底层原理：

1. HashMap概述：
HashMap是一个散列桶（数组和链表），它存储的内容是键值对(key-value)映射
HashMap采用了数组和链表的数据结构，能在查询和修改方便继承了数组的线性查找和链表的寻址修改
HashMap是非synchronized，所以HashMap很快
HashMap可以接受null键和值，而Hashtable则不能（原因就是equlas()方法需要对象，因为HashMap是后出的API经过处理才可以）
put方法

• 调用哈希函数获取Key对应的hash值,然后结合数组长度再计算其数组下标;

• 如果没有出现哈希冲突,则直接放入数组;如果出现哈希冲突,则以链表的方式放在链表后面;

• 如果链表长度超过阀值(TREEIFYTHRESHOLD==8),就把链表转成红黑树,链表长度低于6,就把红黑树转回链表;

• 如果结点的key已经存在,则替换其value即可;

• 如果集合中的键值对大于12,调用resize方法进行数组扩容。

• 

get方法
计算需获取数据的hash值（计算过程跟put一样），计算存放在数组table中的位置（计算过程跟put一样），然后依次在数组，红黑树，链表中查找（通过equals（）判断），最后再判断获取的数据是否为空，若为空返回null否则返回该数据

为什么使用红黑树而不用二叉树

之所以选择红黑树是为了解决二叉查找树的缺陷，二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构（这就跟原来使用链表结构一样了，造成很深的问题），遍历查找会非常慢，而红黑树在插入新数据后可能需要通过左旋，右旋、变色这些操作来保持平衡，引入红黑树就是为了查找数据快，解决链表查询深度的问题，我们知道红黑树属于平衡二叉树，但是为了保持“平衡”是需要付出代价的，但是该代价所损耗的资源要比遍历线性链表要少，所以当长度大于8的时候，会使用红黑树，如果链表长度很短的话，根本不需要引入红黑树，引入反而会慢。

HashMap 扩容机制

①、table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的，默认是16，也可以构造时传入，最大限制是1<<30；
②、loadFactor 是装载因子，主要目的是用来确认table 数组是否需要动态扩展，默认值是0.75，比如table 数组大小为 16，装载因子为 0.75 时，threshold 就是12，当 table 的实际大小超过 12 时，table就需要动态扩容；
③、扩容时，调用 resize() 方法，将 table 长度变为原来的两倍（注意是 table 长度，而不是 threshold）
④、如果数据很大的情况下，扩展时将会带来性能的损失，在性能要求很高的地方，这种损失很可能很致命。

HashMap负载因子初始值为什么是0.75？

当负载因子为1.0时，意味着只有当hashMap装满之后才会进行扩容，虽然空间利用率有大的提升，但是这就会导致大量的hash冲突，使得查询效率变低。

当负载因子为0.5或者更低的时候，hash冲突降低，查询效率提高，但是由于负载因子太低，导致原来只需要1M的空间存储信息，现在用了2M的空间。最终结果就是空间利用率太低。

总结
负载因子是0.75的时候，这是时间和空间的权衡，空间利用率比较高，而且避免了相当多的Hash冲突，使得底层的链表或者是红黑树的高度也比较低，提升了空间效率。
 

ConcurrentHashMap 底层原理

 

put() 方法的核心思想：由于其减小了锁的粒度，若 Hash 完美不冲突的情况下，可同时支持 n 个线程同时 put 操作，n 为 Node 数组大小，在默认大小 16 下，可以支持最大同时 16 个线程无竞争同时操作且线程安全

当 Hash 冲突严重时，Node 链表越来越长，将导致严重的锁竞争，此时会进行扩容，将 Node 进行再散列，下面会介绍扩容的线程安全性。总结一下用到的并发技巧

减小锁粒度：将 Node 链表的头节点作为锁，若在默认大小 16 情况下，将有 16 把锁，大大减小了锁竞争（上下文切换），就像开头所说，将串行的部分最大化缩小，在理想情况下线程的 put 操作都为并行操作。同时直接锁住头节点，保证了线程安全
使用了 volatile 修饰 table 变量，并使用 Unsafe 的 getObjectVolatile() 方法拿到最新的 Node
CAS 操作：如果上述拿到的最新的 Node 为 null，则说明还没有任何线程在此 Node 位置进行插入操作，说明本次操作是第一次
synchronized 同步锁：如果此时拿到的最新的 Node 不为 null，则说明已经有线程在此 Node 位置进行了插入操作，此时就产生了 hash 冲突；此时的 synchronized 同步锁就起到了关键作用，防止在多线程的情况下发生数据覆盖（线程不安全），接着在 synchronized 同步锁的管理下按照相应的规则执行操作
当 hash 值相同并 key 值也相同时，则替换掉原 value
否则，将数据插入链表或红黑树相应的节点