HashMap
HashMap在jdk1.6之前使用了桶和链表来保存信息，这样有一点不好的地方如果一个桶里面的链表过长，O(n)的查询效率会使得查询效率过低。
1.6之后采用了桶和链表，以及红黑树实现，当链表的长度超过了一定值的时候，就会将链表转化为红黑树。这样查询效率会稳定在0(nlogn)。
HashMap实现
数据结构
- Node链表
HashMap使用Node表示每个键值对，它实现了Map.Entry的方法。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
//构造
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
//判断是否相等
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}
- 红黑树 TreeNode
HashMap的红黑树定义如下：
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
}
- 桶 bucket
transient Node<K,V>[] table;
这里桶的长度一般都是2的幂次方，这样做的原因是HashMap使用p = tab[i = (n - 1) & hash]来确认放在哪个桶里(n为桶的长度)，(n - 1) 为奇数可以保证二进制的最后一位为1，这样hash为奇数的时候可以被分配到奇数的桶里面，为偶数的时候保证可以被分配到偶数的桶里面。这样子，分布就会比较均匀。
transient 表示Node不会被序列化。
PUT实现
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
//如果table为空，那就创建一个table
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//找到对象在table中的保存下标
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
//如果第一个就找到相同的对象，那就返回
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//找不到了，发现对象是TreeNode 类型，调用TreeNode插入
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
//存放到链表中
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
//如果遍历到链表尾部了找不到，那就创建一个新的节点，并返回
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//如果大于了一定值，就转化为红黑树
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//如果找到了，那就停止，注意这里的比较
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
//将P指向下一个节点
p = e;
}
}
//更新值value
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
GET实现
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//一堆的检查
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//看看第一个是否匹配
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//如果第一个不匹配，并且第一个后面还有对象
if ((e = first.next) != null) {
//如果是TreeNode ,那就说明是红黑树，调用红黑树查找
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
//调用链表查找
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
RESIZE实现
resize是指的HashMap的容量大于了一定的阈值(0.75)，就将HashMap的容量扩大，并讲旧的table中的内容复制到新的table中，由于有复制的操作，resize很耗时间。
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
HashMap不安全
我们知道java.util.HashMap不是线程安全的，因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了map，那么将抛出ConcurrentModificationException，这就是所谓fail-fast策略。
ail-fast 机制是java集合(Collection)中的一种错误机制。 当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生 fail-fast 事件。
例如：当某一个线程A通过 iterator去遍历某集合的过程中，若该集合的内容被其他线程所改变了；那么线程A访问集合时，就会抛出 ConcurrentModificationException异常，产生 fail-fast 事件。
这一策略在源码中的实现是通过modCount域，modCount顾名思义就是修改次数，对HashMap内容（当然不仅仅是HashMap才会有，其他例如ArrayList也会）的修改都将增加这个值（大家可以再回头看一下其源码，在很多操作中都有modCount++这句），那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
Node<K,V>[] t = table;
current = next = null;
index = 0;
if (t != null && size > 0) { // advance to first entry
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
final Node<K,V> nextNode() {
Node<K,V>[] t;
Node<K,V> e = next;
//注意这里的比较，如果modCount不一致，就会抛出异常
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
if ((next = (current = e).next) == null && (t = table) != null) {
do {} while (index < t.length && (next = t[index++]) == null);
}
return e;
}