HashMap学习

简介

Java为数据结构中的映射定义了一个接口java.util.Map

1、HashMap：它根据键的hashCode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度。HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。非线程安全。如果需要满足线程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap

2、Hashtable：Hashtable是遗留类，很多映射的常用功能与HashMap类似，不同的是它承自Dictionary类。线程安全。并发性不如ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap引入了分段锁。

3、LinkedHashMap：LinkedHashMap是HashMap的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。

4、TreeMap：TreeMap实现SortedMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。
在使用TreeMap时，key必须实现Comparable接口或者在构造TreeMap传入自定义的Comparator，否则会在运行时抛出java.lang.ClassCastException类型的异常。

内部实现

（1） 存储结构-字段
（2） 功能实现-方法

存储结构-字段

HashMap是数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的。

这里需要讲明白两个问题：数据底层具体存储的是什么？这样的存储方式有什么优点呢？

HashMap类中有一个非常重要的字段，就是 Node[] table，即哈希桶数组

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
   final int hash;    //用来定位数组索引位置   
   final K key;
   V value;
   Node<K,V> next;   //链表的下一个node   
   Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { ... }
   public final K getKey(){ ... }
   public final V getValue() { ... }
   public final String toString() { ... }
   public final int hashCode() { ... }
   public final V setValue(V newValue) { ... }
   public final boolean equals(Object o) { ... }
}

Node是HashMap的一个内部类，实现了Map.Entry接口，本质是就是一个映射(键值对)。

默认容量和加载因子 

 HashMap有两个参数影响其性能：初始容量和加载因子。默认初始容量是16，加载因子是0.75。容量是哈希表中桶(Entry数组)的数量，初始容量只是哈希表在创建时的容量。加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，通过调用 rehash 方法将容量翻倍。

源码

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
int threshold;
    public HashMap() {
      this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 
      threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
      table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
      init();
 }

默认的容量是16，而 threshold是16*0.75 = 12;相对准确的估算数据量，将极大的影响HashMap的性能，因为resize是一个重新分配的过程，耗时应该是里面最大的。加载因子较小，会有更多的空间空闲，我不知道这个0.75是不是一个折中方案。也许0.9也是一个不错的选择，特别是那些数据量虽然很大，但不是经常变化的地方，比如公司人员，城市列表等相对比较固定的数据。

小结

    (1) 扩容是一个特别耗性能的操作，所以当程序员在使用HashMap的时候，估算map的大小，初始化的时候给一个大致的数值，避免map进行频繁的扩容。

    (2) 负载因子是可以修改的，也可以大于1，但是建议不要轻易修改，除非情况非常特殊。

    (3) HashMap是线程不安全的，不要在并发的环境中同时操作HashMap，建议使用ConcurrentHashMap。

    (4) JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能。