HashMap

1.为什么HashMap数组的长度得是2的N次方？

	2的N次方对应的二进制（高位未补零）	（2的N次方）-1 对应的二进制（高位未补零）
N=1	10	1
N=2	100	11
N=3	1000	111
N=4	10000	1111
......

HashMap使用到的数据结构有数组、链表、红黑树。HashMap存储的键值对要存储在数组的哪个下标位置呢，是通过对2的N次方-1、key的hash值做与运算。拿N=4举例，那就是对1111和key的hash值做与运算，与运算的计算结果范围是[0000,1111]，也就是十进制的[0,15]，不会发生下标越界。

如果写代码时指定的长度不是2的N次方，例如，Map map = new HashMap<>(13);那么HashMap实际创建数组的长度是大于13的2的N次方值，也就是16。

那为什么不用取余来计算下标值呢？例如数组长度16，key的hash值和15求余，这样算出来的值也都属于[0,15]这个范围，是因为与运算的效率高于求余运算。

从上面可知，当向map put一个键值对的时候，会计算要保存在哪一个下标位置，例如要存储在下标为i的位置。我们知道两个数据可能值不相同但是hash值相同，因此需要判断下标i的位置是否已有键值对存储在这里了。

1、数组下标i的位置没有存储数据，那么就直接保存在数组下标i这个位置。

2、数组下标i的位置已经存储数据了。

        1）判断当前存储的这个键值对和需要保存的键值对的key是否相同。

                a)相同，覆盖旧的value。

                b)不相同

                        判断是否节点是否是TreeNode

                                是：说明是红黑树结构 // todo，待补充

                                否：说明是链表结构，循环链表，当前键值对的key是否和链表中某个Node的key相同，如果相同，覆盖旧的value；如果和链表中所有Node的key都不相同，找到链表的尾节点，将当前键值对封装成Node插入链表尾部（尾插法）。如果不算当前节点，链表长度已经是8，算上当前节点，链表长度是9，就大于链表树化成红黑树的阈值8，那么就要把这个9个节点的链表改成红黑树了。这个过程是先遍历再添加再改成红黑树。

为什么要将链表改成红黑树呢？因为链表太长了的话，get和put都会遍历链表，效率低。

当链表长度=8时：

1、数组的长度<64，进行扩容（resize，数组长度扩大一倍），将一个链表拆分成两个短链表。

2、数组的长度>=64，不扩容，而是将链表改成红黑树。

将链表改成红黑树，会遍历链表，根据链表的Node，生成对应的TreeNode（是双向链表。和单向链表相比，删除更方便）。再将双向链表改成红黑树，首先将第一个节点作为红黑树的根节点，然后依次判断下一个节点应该处于红黑树的哪个位置（根据红黑树的特点）。然后将数组存储的链表节点的引用修改成红黑树节点的引用，链表就会被垃圾回收。

扩容就是把旧数组的所有节点搬到新数组的过程，新数组的长度是旧数组长度的2倍。

计算应该位于新数组的哪个下标位置呢？

计算方法仍然是对key的hash值和2的N次方-1做与运算（此时N的值是旧数组N的值+1）。

原因举例说明：

假如旧数组的长度是16，则新数组的长度是32。15对应的二进制是1111，31对应的二进制是11111。

旧的下标值 = key的hash值 & 01111。

新的下标值 = key的hash值 & 11111。

新下标值只有两种情况：

1、新下标值=旧下标值。（key的hash值红色对应位是0）

2、新下标值=旧下标值+旧数组的长度。（key的hash值红色对应位是1）

key的hash值红色对应位是0还是1呢？可以将key的hash值和16（本例中是16，对应二进制是10000）做与运算，如果运算结果是1，则红色对应位是1；如果运算结果是0，红色对应位是0。

数组存储的四种情况：

1、null，该下标没有存储元素。

2、存了一个键值对。

3、存的是一个链表。

4、存的是一个红黑树。

针对上面四种情况的搬家：

1、无需操作。

2、重新计算新的数组下标。

3、重新计算节点新的数组下标，链表中的节点新的下标值有两种情况（上面已经说明），因此就将这个一个链表拆分成了两个链表。将新数组的对应下标分别指向这两个链表。

4、重新计算节点新的数组下标。同理，新的下标值有两种情况。举例：如果搬家前红黑树共10个节点，7个节点要搬到新数组的高位，3个节点要搬家到新数组的低位，由于3<6(6是红黑树要退化成链表的阈值)，搬到新数组的就是一个红黑树加一个链表。根据红黑树退化成链表的阈值可以知道，一个红黑树，搬过来有三种情况：1）两个链表。2）一个链表+一个红黑树。3）一个红黑树。