【Java】HashMap原理-JDK1.7与JDK1.8的区别

一、HashMap 扩容

JDK1.7 和JDK1.8 扩容原理相同

HashMap初始化大小为16， 负载因子为0.75，每次当容量大于16 * 0.75 时， 进行扩容，扩容为原来的两倍。也可以通过构造方法修改，但HashMap会自动将给定初始化大小扩容到2的幂次方。

• JDK1.7： 扩容后需要重新计算hashcode值。
• JDK1.8：扩容后无需重新计算hashcode值。（具体看后面“HashMap的容量为2的幂次方”部分）

二、HashMap的冲突解决

JDK1.7以前

• HashMap使用 数组 + 链表的方式来解决哈希冲突，并使用头插法。
• 使用头插法的原因：一般情况下，新加入的键值对被查找访问的概率更高。 当链表长度大于阈值（默认为8）时，就会对数组进行扩容。

JDK1.8以后

• HashMap使用 数组 + 链表 + 红黑树的方式来解决哈希冲突，并使用尾插法。
• 当链表长度大于阈值（默认为8）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
• 使用尾插法的原因：因为尾插法可以统计链表长度，判断是否大于8，而且链表过长时会转化为红黑树，所以时间浪费不高。
• 使用红黑树的原因：相比于平衡二叉排序树，红黑树只有在最长路径>最短路径*2时才触发旋转操作。红黑树的查找删除时间复杂度为O(logn)。

补充：将链表转为红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树。

三、为什么HashMap的容量为2的幂次方

（1）为了找到key的位置在哈希表的哪个槽里，需要计算hash(KEY) % length。若使length为2的幂次方，可以将取余操作变为hash(KEY) & (length - 1)，将取余操作变换为位运算从而提高运算的效率。

举例说明

可以看下这个例子，这个例子来自灰信网
假如array.length = 2^4 = 16，二进制10000。这个数减去1的结果是1111，也就是array.length -1 = 1111。
再假设一个key的hashCode值为10011011001，与1111做 & 操作，得到的结果是1001（高位部分1001101都舍去了）。而1001（二进制）必然是一个小于10000（数组长度二进制）的数，对于一个小于10000（数组长度二进制）的数而言，1001 % 10000得到的就是1001（二进制）自己。
那么刚刚舍弃的高位部分1001101 0000（后面补上了四个0000）就一定能被10000整除吗？答案是肯定的：因为10011010000可以拆成10000000000+10000000+1000000+10000，这几个数都能通过10000的n次左移得到，也就相当于这几个数都能被10000整除。那他们的和，也就是10011010000，一定也可以被10000整除。
因此，最终结论就是：10011011001 & ( 10000 - 1 ) = 10011011001 & 1111 = 1001 = 10011011001 % 10000

（2）进行扩容时，需要移动的数据较少。每次扩容相当于数组长度的高位多一个1，新的hash运算取决于hashcode在这一位上的值是0还是1，是0则无需变换位置，是1则位置为原来位置+原来数组长度 的位置。

举例说明

例如，原来长度为16，扩容后为32。则16-1的二进制为0000 1111，32-1的二进制为0001 1111。
假设一个KEY通过哈希函数计算得到的哈希值为52（二进制为0011 0100），在扩容前 将0011 0100与0000 1111进行与运算，结果为0000 0100。扩容后，将0011 0100与0001 1111进行与运算，结果为 0001 0100。
扩容后相当于高位多了个1，根据与运算的特性，只有在原哈希值在这一位上为1时，最后与运算的结果也为1。
因为扩容后最高位肯定会变为1，所以只要判断原哈希值这一位上是0还是1就可以决定扩容后是否要移位。如果是0，扩容前后与运算的结果一样，则表示新位置与旧位置相同，不需要移位。如果为1，则要移位。
那移动到的新位置其实就是高位多个1，也就等价于在原来的位置上加上原数组长度的位置。
这个例子的详细图解可以看jdk8之HashMap resize方法详解（深入讲解为什么1.8中扩容后的元素新位置为原位置+原数组长度

本文参考如下链接：

通俗易懂HASHMAP为何喜欢2的倍数扩容，（数组容量是2的次幂）

jdk8之HashMap resize方法详解（深入讲解为什么1.8中扩容后的元素新位置为原位置+原数组长度）
HashMap底层为什么是2倍扩容？