hashMap源码分析hashtableConCurrentHashMap区别

Posted 2021-04-05 码道小鑫

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1、hashMap的存取原理

（1）.什么是hashMap，有什么特点？

hashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，允许null键和null值，不保证映射顺序，是线程不安全的，底层数据结构是数组和链表的结合。

主要有2个重要参数：数组容量（capacity）和负载因子（Load factor）

Capacity是数组的容量，Load factor是数组的承载能力，当数组元素个数大于等于capacity*（Load factor）时将会resize扩容。一把为原来的2倍

 

（2）hashMap是怎样存数据的？

hashMap通过底层的put()方法对数据进行存贮。hashMap存贮的都是K-V值对，对于要存贮键值对，首先判断key是否为null，如果是则存放0，否则计算该键的hash值，通过hash值计算该数据应该在数组中存放的索引位置index。如果发现hash冲突，即这个数据的键的hash值计算出来的index位置已经有元素了，就需要对该索引位置的链表进行遍历，如果发现链表中存在一样的数据，利用equals方法对链表中的key一样，则把此时的元素值V赋值给此时对应的链表中有相同key的V，但要保证key的唯一性。如果不相等则把该数据添加到链表的头结点。在jdk8中，对于链表中的K-V键值对元素，如果数量超过了一定的值（一般为8）时，就需要把链表扩容为红黑树，这样就使得链表的查询的复杂度O(1)+O(N)变为了O(log(n))+O(1),提升了数据的查询性能。对于数组来说，如果数组中存放的位置不够用，超过了capacity*（Load factor）时就要扩容，让原始数组的容量乘以2。

代码如下：

public V put(K key, V value) { 2. // HashMap 允许存放null 键和null 值。 3. // 当key 为null 时，调用putForNullKey 方法，将value 放置在数组第一个位置。 4. if (key == null) 5. return putForNullKey(value); 6. // 根据key 的keyCode 重新计算hash 值。 7. int hash = hash(key.hashCode()); 8. // 搜索指定hash 值在对应table 中的索引。 9. int i = indexFor(hash, table.length); 10. // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。 11. for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 12. Object k; 13. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { 14. V oldValue = e.value; 15. e.value = value; 16. e.recordAccess(this); 17. return oldValue; 18. } 19. } 20. // 如果i 索引处的Entry 为null，表明此处还没有Entry。 21. modCount++; 22. // 将key、value 添加到i 索引处。 23. addEntry(hash, key, value, i); 24. return null; 25. }

 

（3）hashMap时怎样取数据的？

hashMap通过底层的get（）方法来取数据数据。一般分为两步：

第一步：首先计算要取数据的key的hash值，并计算该hash值再数组的对应索引位置。

第二步：判断该索引位置是否为null，如果是则返回null，如果不是，判断该位置是以链表形式存放还是以树的形式存放，并用key.equals(k)与链表或者树中的键进行比较，发现相等则返回链表或树对应位置的V值。

如果是链表：则在链表中通过key.equals(k)查找，时间复杂度为o(n)

如果是红黑树：则在红黑树中通过key.equals(k)查找，时间复杂度为o(log(n))；

代码如下：

public V get(Object key) {  2. if (key == null)  3. return getForNullKey();  4. int hash = hash(key.hashCode());  5. for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  6. e != null;  7. e = e.next) {  8. Object k;  9. if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  10. return e.value;  11. }  12. return null;  13. }

（4）、你知道hash的实现吗？为什么要这样实现？

Hash的计算方式是通过key的hashCode值低16位与key的hashCode值高16位进行异或，这样的好处是可以充分利用数组的索引位置，并降低hash冲突。

（h=key.hashCode()^(key.hashCode()>>>16）),这样可以保证在数组容量较小时，可以保证高低位都可以参与到hash的计算中来。

（5）、在计算索引时，为什么是（hash&(length-1)）,为什么数组的容量要为2^n？

因为在计算索引时是通过对数组长度的取模来得到的，而利用hash与length-1进行取模时利用与运算是很快的，而且可以使得索引在数组中得到均匀的分布，增大数组索引的利用率。同时由于length都是2^n次方，所以在length-1后二进制低位都是1，那么利用hash进行与运算时就相当于进行了取模运算。默认初始数组长度length=16。

（6）、hashMap的扩容

由于数组的容量是固定的，而hashMap虽然在每个数组位置上可以以链表或者红黑树的形式存贮数据，但如果数据在链表或者红黑树中存贮的太多，会严重影响查询效率，所以为了提高数据的查询效率，需要对数组容量进行扩容，扩容之后需要重新计算原来数组中的元素的索引位置。当数据在数组中存放的个数超过capacity*（Load factor）时，则需要进行2倍的扩容。其中Load factor=0.75，这是一种均衡的取法。在jdk8中如果扩容后hash值计算后新增位为0则表示原来数据位置不变，如果新计算后hash的新增位为1，则此时该数据在数组的索引位置为：原来的索引位置+原来数组的容量。

 

这样设计好处是重新计算的hash，新增的1bit是0还是1都是随机的，所以在重新计算数据的hash和索引后，对于原来的有冲突的数据又重新均匀的分配到其他索引位置上了。

Java集合小抄：

（1）以Entry[]数组实现的哈希桶数组，用Key的哈希值取模桶数组的大小可得到数组下标。

（2）插入元素时，如果两条Key落在同一个桶（比如哈希值1和17取模16后都属于第一个哈希桶），我们称之为哈希冲突。

（3）JDK的做法是链表法，Entry用一个next属性实现多个Entry以单向链表存放。查找哈希值为17的key时，先定位到哈希桶，然后链表遍历桶里所有元素，逐个比较其Hash值然后key值。

（4）在JDK8里，新增默认为8的阈值，当一个桶里的Entry超过閥值，就不以单向链表而以红黑树来存放以加快Key的查找速度。

当然，最好还是桶里只有一个元素，不用去比较。所以默认当Entry数量达到桶数量的75%时，哈希冲突已比较严重，就会成倍扩容桶数组，并重新分配所有原来的Entry。扩容成本不低，所以也最好有个预估值。

（5）取模用与操作（hash & （arrayLength-1））会比较快，所以数组的大小永远是2的N次方， 你随便给一个初始值比如17会转为32。默认第一次放入元素时的初始值是16。

（6）iterator（）时顺着哈希桶数组来遍历，看起来是个乱序

2、hashMap和hashtable的区别

（1）、hashMap和hashtable一样底层数据结构都是hash表，存贮的都是键值对数据，实现了map接口。

（2）、hashMap是线程不安全的，没有synchronized的同步，但运行效率高适合单线程，允许null，键和null值。

（3）Hashtable是线程安全的，有synchronized同步，但运行效率低，适合多线程，不允许存放null键和null值。

（4）Hashmap的不保证存储顺序，尤其不保证数据存贮顺序不随时间而改变。

（5）另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。

3、HashTable和ConCurrentHashMap的区别？

ConCurrentHashMap是线程安全的hashmap，hashtable是synchronized同步的，每次对数据进行put或者get时都需要获取同步锁，锁的整个map，需要迭代很长时间才能释放锁，这样其它线程才能获取到锁执行程序，这样极大的降低了数据的存取速率，而ConCurrentHashMap是lock锁，将map分为很多段segment，对每个segment加锁，提高了锁的粒度，对存取数据时只对segment的进行操作就好，其它线程照样可以对其它数据进行操作存取，提高了数据存取效率。同时ConCurrentHashMap不允许null键和null值。