HashMap，HashTable和ConcurrentHashMap的基本原理与实现
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了HashMap，HashTable和ConcurrentHashMap的基本原理与实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
前言：这几天陆续把后面几篇集合的深入也写完了，先贴上寒假完成的那篇
先来段纯music吧，很好听（感觉听着纯音乐看着代码很享受(๑╹◡╹)ﾉ"""）：
总体图：
HashMap
JDK7之前hashmap又叫散列链表：基于一个数组以及多个链表的实现，hash值冲突的时候，就将对应节点以链表的形式存储。
JDK7的源码解释自行看博客（后面一些问题也考虑到了1.8）
JDK8中，当同一个hash值的链表节点数大于等于8时，将不再以单链表的形式存储了，会被调整成一颗红黑树。
下文是基于JDK8的源码解析
HashMap概述
HashMap是由哈希表构成，其实现原理为“拉链法”，横向是数组，纵向是链表组成
存储机制：<key1,value1>传入时，会对key进行hash算法（如hash(key)%len）得到一个值h，则<key1,value1>被存储到下标为h的table数组中，如果再传入<key2,value2>的hash值仍然为h，则将<key2,value2>存到h下标对应的链表中。
HashMap中其存储容器为线性数组。
HashMap重复的key会被覆盖，所以插入时会遍历判断key。
HashMap中允许存在null键，null值。会将其存在table[0]处。
HashMap的实现
HashMap里面实现一个静态内部类Node，其重要的属性有 hash，key , value, next；Node就是HashMap键值对实现的一个基础bean；上面说到HashMap的基础就是一个线性数组，这个数组就是Node[]，Map里面的内容都保存在Node[]里面。
（1）私有属性
（2）构造方法
无参构造函数
HashMap中数组的长度始终为2^n 。
（3）Node<K,V>类
（4）元素存储put()
4.1、put(K key, V value)： 插入元素，当key存在时覆盖之前的value，返回旧的value值，当key不存在返回null
onlyIfAbsent表示只有在该key对应原来的value为null的时候才插入，也就是说如果value之前存在了，就不会被新put的元素覆盖。
evict参数用于LinkedHashMap中的尾部操作，这里没有实际意义。
（注意：
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); 你可能好奇，这里怎么不遍历tree看看有没有key相同的节点呢？其实，putTreeVal内部进行了遍历，存在相同hash时返回被覆盖的TreeNode，否则返回null。
下面的部分代码，使得在链表中搜索时，可以不断的迭代
）
tab = resize()初始化Node<K,V>[]函数及扩容函数
当调用无参构造函数，插入数据时会调用如下代码，初始化一个空间为16的数组
扩容时：当HashMap中的元素个数超过数组大小*loadFactor时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值为0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当HashMap中元素个数超过16*0.75=12的时候，就把数组的大小扩展为 2*16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高HashMap的性能
newNode(hash, key, value, null);函数
putTreeValue，treeifyBin自己深入吧
（5）获取元素get()
难理解是put，get(),easy了许多
（6）Fail-Fast机制：
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。
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内容的修改都将增加这个值，那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的expectedModCount。
（7）总结：
A：HashMap是基于Map接口的实现，存储的是以Node<K,V>为基础的键值对，它可以接收null的键值，是非同步的。
B：HashMap工作原理：
put()：插入一个值时，首先通过hash(key)算出对应的下标，并在初始化的Table[]中查找下标所对应的位置，如果当前位置为null，则插入。若不为null，分三种情况：①判断根节点是否为红黑树节点，是，putTreeValue插入（函数自带查重）；不是，则遍历链表插入至链表最后，②插入后如果链表长度大于等于8，则转化为红黑树；③插入后如果链表长度小于8，则不变。另在遍历过程中，如果遇到插入key相同的Node节点，则退出遍历，并将新value值覆盖oldvalue。
get()：自己看代码，不说了。（￣︶￣）↗
HashTable
HashTable概述
HashTable和HashMap采用相同的存储机制，二者的实现基本一
（HashTable与HashMap的1.7之前的版本相比较），不同的是：
HashTable是线程安全的，内部的方法基本都是synchronized；HashMap是非线程安全的
HashTable不允许有null值的存在（HashTable中调用put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException）。
HashTable的实现
这里就简单说一下（对比HashMap1.7之前版本的源码）
（1）私有属性
（2）构造函数
HashTable初始化大小为11
（3）Entry<K,V>
（4）元素存储put()
4.1、put(K key, V value)： 插入元素，当key存在时覆盖之前的value，返回旧的value值，当key不存在返回null
addEntry图解如下：
（5）获取元素get()
（6）删除元素remove()
图解如下：
ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap代替同步的Map（Collections.synchronized（new HashMap()）），众所周知，HashMap是根据散列值分段存储的，同步Map在同步的时候锁住了所有的段，而ConcurrentHashMap加锁的时候根据散列值锁住了散列值锁对应的那段，因此提高了并发性能。
注意：为什么在java1.5中添加了util.concurrent，而不用Collections.synchronized()，因为synchronized锁住的容器，实际上使得并发下对容器的访问变成了串行化访问，这极大的影响了效率，而concurrent锁住的只是部分，容器的其实还是并发访问的
ConcurrentHashMap的内部结构
ConcurrentHashMap为了提高本身的并发能力，在内部采用了一个叫做Segment的结构，一个Segment其实就是一个类Hash Table的结构，Segment内部维护了一个链表数组（直接拿用）
从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment。
这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上），所以，通过这一种结构，ConcurrentHashMap的并发能力可以大大的提高。
后记：
感谢参考的，提供给我思路的博客文章，大家能看懂吃透是最好的，如果有些地方小伙伴需要再深入的，迷茫的等可以上网进行深入搜索。
以上是关于HashMap，HashTable和ConcurrentHashMap的基本原理与实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章