Map学习记录

Map

键值对

HashMap

• Key是无序、不重复的，Value是无序可重复的
• 线程不安全
• 有参构造时，底层数组长度是最接近参数的2的幂次方

JDK1.7，HashMap的底层结构是数组（长度16）+链表

• put(key,value)时，根据key获取hashcode值，进行映射后获取在数组中的位置，如果该位置上元素为空，那么可直接添加，如果元素不为空，那么比较哈希值是否相同，如果不相同，头插法插入链表，如果相同，进一步使用equals是否相同，如果相同，value覆盖，如果不相同，头插法插入链表
• 如果数组中的元素数量超过了临界值（负载因子0.75*数组长度），则数组扩容为原来的2倍

JDK1.8，HashMap的底层结构是数组（长度16）+链表+红黑树

• 如果链表长度大于8，且数组长度大于64（当数组长度小于64时，数组扩容），则将链表转换为红黑树
• 类似，无参构建时底层数组初始化为{}，第一次put元素时，才初始化长度为16的数组
• 其他与JDK1.7类似

为啥线程不安全？

JDK1.7 中，由于多线程对HashMap进行扩容，调用了HashMap#transfer()，具体原因：某个线程执行过程中，被挂起，其他线程已经完成数据迁移，等CPU资源释放后被挂起的线程重新执行之前的逻辑，数据已经被改变，造成死循环、数据丢失。

• HashMap的扩容操作：重新定位每个桶的下标，并采用头插法将元素迁移到新数组中。头插法会将链表的顺序翻转，这也是形成死循环的关键点。

JDK1.8 中，由于多线程对HashMap进行put操作，调用了HashMap#putVal()，具体原因：假设两个线程A、B都在进行put操作，并且hash函数计算出的插入下标是相同的，当线程A执行完第六行代码（判断是否出现hash碰撞）后由于时间片耗尽导致被挂起，而线程B得到时间片后在该下标处插入了元素，完成了正常的插入，然后线程A获得时间片，由于之前已经进行了hash碰撞的判断，所有此时不会再进行判断，而是直接进行插入，这就导致了线程B插入的数据被线程A覆盖了，从而线程不安全。

引用自https://juejin.cn/post/6917526751199526920

无序性

无序性不等同于随机性，向多个HashMap添加相同顺序的元素，遍历顺序是一致的，无序是指元素在底层数组中的存储顺序不是按照添加顺序来存储，而是按照哈希值来存储。

负载因子0.75

数组元素个数 > 负载因子*数组长度，则扩容

负载因子的大小决定了HashMap的数据密度

• 负载因子越大，数组扩容的阈值越大，则数组的密度越大，发生碰撞的几率也越高，即链表的长度越长，查找的效率变慢
• 负载因子越小，数组扩容的阈值越小，则数组的密度越小，数组的利用率不高，很快就要进行数组扩容，性能消耗过多
• 通过泊松分布确定0.75（好像）

HashMap的key可以存null，value也可以存null

public static void main(String[] args) {
        HashMap map = new HashMap<>();
        map.put(null, "a");
        map.put(null, null);
        map.put("a", null);
        for(Map.Entry entry: map.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue());
        }
    }

底层数组长度是2的幂次方大小

通过(n-1) & hash确定put元素时在数组中的位置

hash%length == hash&(length-1) 的前提是 length 是 2 的 n 次方，位运算的计算速度比取余运算的计算速度要快

LinkedHashMap

• 在HashMap的基础上引入了双向链表
• 遍历元素时，可按照添加顺序遍历

public static void main(String[] args) {
        LinkedHashMap tt = new LinkedHashMap<>();
        tt.put("Mary",1);
        tt.put("Box",2);
        tt.put("Alex",3);
        for(Map.Entry entry: tt.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue());
        }
        System.out.println("-------------------");
        HashMap aa = new HashMap<>();
        aa.put("Mary", 1);
        aa.put("Box", 2);
        aa.put("Alex", 3);
        for(Map.Entry entry: aa.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue());
        }
}

HashTable

• 线程安全，方法用synchronized修饰，性能低
• 底层是数组，默认容量为11

不可以存null的key和null的value

• 当value值为null时主动抛出空指针异常
• 会对key值进行哈希计算，如果为null的话，无法调用该方法，会抛出空指针异常

CocurrentHashMap

线程安全

JDK1.7时，底层结构是分段数组+链表

• 线程安全的实现是对Segment数组的每一段加锁，Segment数组的长度是16，意味值可同时支持16个并发线程。

引用自JavaGuide

JDK1.8时，底层与HashMap一样，均为数组+链表+红黑树

• 锁粒度更细，线程安全的实现是只给链表或红黑树的首节点加锁，并发程度更高

引用自JavaGuide

TreeMap

• 底层是红黑树
• 可以按照key进行排序，默认是升序

如果key是对象，可实现Comparable接口，重写compareTo方法，从而实现定制排序

public class Person implements Comparable{
    private int age;

    public Person(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Person person = (Person) o;
        return age == person.age;
    }

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

    @Override
    public String toString() {
        return "Person{" +
                "age=" + age +
                '}';
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        Person p = (Person) o;
        int re = this.age - p.age;
        return re;
    }
}

//重写compareTo方法
public static void main(String[] args) {
        TreeMap treeMap = new TreeMap<>();
        treeMap.put(new Person(20), "Ming");
        treeMap.put(new Person(25),"Hong");
        treeMap.put(new Person(13),"Li");
        for(Map.Entry entry: treeMap.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue());
        }
}

使用匿名内部类或lambda表达式，重写Comparator接口的compare方法，从而实现定制排序

//匿名内部类
public static void main(String[] args) {
        TreeMap treeMap = new TreeMap<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o1.compareTo(o2);
            }
        });
        treeMap.put("Ming", new Person(20));
        treeMap.put("Hong", new Person(25));
        treeMap.put("Li", new Person(13));
        for(Map.Entry entry: treeMap.entrySet()){
            System.out.println(entry.getKey() + " " + entry.getValue());
        }
}