皮皮网

1.HashMap 的扩扩容初始值和最大值和扩容因子
2.HashMap实现原理
3.concurrenthashmap1.8源码如何详细解析?
4.为什么HashMap是线程不安全的
5.结合源码探究HashMap初始化容量问题

HashMap 的初始值和最大值和扩容因子

       HashMap 初始化默认值为。你可以通过构造函数自定义初始值。容源

       最大值为1<<，源码这个值表示2的分析次方。在HashMap的扩扩容源码注释中有明确说明。

       理解左移操作符<<是容源菜鸡狗 源码关键，它执行二进制左移操作。源码例如，分析1 << x 等同于2的扩扩容x次方。

       当存储元素超过最大值时，容源HashMap会强制将数组大小capacity设置为最大值。源码

       初始化和扩容时，分析数组大小capacity被限制在两个地方：通过tableSizeFor()函数设置为2的扩扩容幂次，不超过最大值；或在容量翻倍时，容源设置为1 << ，源码但实际容量为Integer.MAX_VALUE避免整型溢出。

       加载因子，即扩容因子，决定何时进行扩容。比如，加载因子为0.5，初始化容量为时，当元素数达到8个，HashMap会进行扩容。数字电子烟花源码加载因子为0.时，考虑性能与容量平衡。

       以上参数在JDK源代码中定义，是使用HashMap的基础。

HashMap实现原理

        HashMap在实际开发中用到的频率非常高，面试中也是热点。所以决定写一篇文章进行分析，希望对想看源码的人起到一些帮助，看之前需要对链表比较熟悉。

        以下都是我自己的理解，欢迎讨论，写的不好轻喷。

        HashMap中的数据结构为散列表，又名哈希表。在这里我会对散列表进行一个简单的介绍，在此之前我们需要先回顾一下 数组、链表的优缺点。

        数组和链表的优缺点取决于他们各自在内存中存储的模式，也就是直接使用顺序存储或链式存储导致的。无论是数组还是链表，都有明显的缺点。而在实际业务中，我们想要的往往是寻址、删除、插入性能都很好的数据结构，散列表就是这样一种结构，它巧妙的结合了数组与链表的优点，并将其缺点弱化（并不是完全消除）

        散列表的做法是将key映射到数组的某个下标，存取的时候通过key获取到下标（index）然后通过下标直接存取。速度极快，而将key映射到下标需要使用散列函数，又名哈希函数。说到哈希函数可能有人已经想到了，如何将key映射到数组的下标。

        图中计算下标使用到了以下两个函数：

        值得注意的是，下标并不是通过hash函数直接得到的，计算下标还要对hash值做index()处理。

        Ps：在散列表中，数组的格子叫做桶，下标叫做桶号，桶可以包含一个key-value对，为了方便理解，后文不会使用这两个名词。

        以下是哈希碰撞相关的说明：

        以下是下标冲突相关的说明：

        很多人认为哈希值的碰撞和下标冲突是同一个东西，其实不是的，它们的正确关系是这样的，hashCode发生碰撞，则下标一定冲突；而下标冲突，hashCode并不一定碰撞

        上文提到，在jdk1.8以前HashMap的实现是散列表 = 数组 + 链表，但是到目前为止我们还没有看到链表起到的作用。事实上，HashMap引入链表的用意就是解决下标冲突。

        下图是引入链表后的散列表：

        如上图所示，左边的竖条，是一个大小为的数组，其中存储的是链表的头结点，我们知道，拥有链表的头结点即可访问整个链表，所以认为这个数组中的每个下标都存储着一个链表。其具体做法是，如果发现下标冲突，则后插入的节点以链表的形式追加到前一个节点的后面。

        这种使用链表解决冲突的方法叫做：拉链法（又叫链地址法）。HashMap使用的就是拉链法，拉链法是冲突发生以后的解决方案。

        Q：有了拉链法，就不用担心发生冲突吗？

        A：并不是！由于冲突的节点会不停的在链表上追加，大量的冲突会导致单个链表过长，使查询性能降低。所以一个好的散列表的实现应该从源头上减少冲突发生的可能性，冲突发生的概率和哈希函数返回值的均匀程度有直接关系，得到的哈希值越均匀，冲突发生的可能性越小。为了使哈希值更均匀，HashMap内部单独实现了hash()方法。

        以上是散列表的存储结构，但是在被运用到HashMap中时还有其他需要注意的地方，这里会详细说明。

        现在我们清楚了散列表的存储结构，细心的人应该已经发现了一个问题：Java中数组的长度是固定的，无论哈希函数是否均匀，随着插入到散列表中数据的增多，在数组长度不变的情况下，链表的长度会不断增加。这会导致链表查询性能不佳的缺点出现在散列表上，从而使散列表失去原本的意义。为了解决这个问题，HashMap引入了扩容与负载因子。

        以下是和扩容相关的一些概念和解释：

        Ps：扩容要重新计算下标，扩容要重新计算下标，扩容要重新计算下标，因为下标的计算和数组长度有关，长度改变，下标也应当重新计算。

        在1.8及其以上的jdk版本中，HashMap又引入了红黑树。

        红黑树的引入被用于替换链表，上文说到，如果冲突过多，会导致链表过长，降低查询性能，均匀的hash函数能有效的缓解冲突过多，但是并不能完全避免。所以HashMap加入了另一种解决方案，在往链表后追加节点时，如果发现链表长度达到8，就会将链表转为红黑树，以此提升查询的性能。

concurrenthashmap1.8源码如何详细解析?

       ConcurrentHashMap在JDK1.8的线程安全机制基于CAS+synchronized实现，而非早期版本的分段锁。

       在JDK1.7版本中，ConcurrentHashMap采用分段锁机制，包含一个Segment数组，每个Segment继承自ReentrantLock，并包含HashEntry数组，每个HashEntry相当于链表节点，用于存储key、value。默认支持个线程并发，每个Segment独立，互不影响。

       对于put流程，与普通HashMap相似，首先定位至特定的Segment，然后使用ReentrantLock进行操作，后续过程与HashMap基本相同。

       get流程简单，中交换指标源码通过hash值定位至segment，再遍历链表找到对应元素。需要注意的是，value是volatile的，因此get操作无需加锁。

       在JDK1.8版本中，线程安全的关键在于优化了put流程。首先计算hash值，遍历node数组。若位置为空，则通过CAS+自旋方式初始化。

       若数组位置为空，尝试使用CAS自旋写入数据；若hash值为MOVED，表示需执行扩容操作；若满足上述条件均不成立，则使用synchronized块写入数据，同时判断链表或转换为红黑树进行插入。链表操作与HashMap相同，链表长度超过8时转换为红黑树。

       get查询流程与HashMap基本一致，通过key计算位置，若table对应位置的key相同则返回结果；如为红黑树结构，则按照红黑树规则获取；否则遍历链表获取数据。

为什么HashMap是CANVAS游戏源码下载线程不安全的

       这是《Java程序员进阶之路》专栏的第篇，我们来聊聊为什么HashMap是线程不安全的。

、多线程下扩容会死循环

       众所周知，HashMap是通过拉链法来解决哈希冲突的，也就是当哈希冲突时，会将相同哈希值的键值对通过链表的形式存放起来。

       JDK7时，采用的是头部插入的方式来存放链表的，也就是下一个冲突的键值对会放在上一个键值对的前面（同一位置上的新元素被放在链表的头部）。扩容的时候就有可能导致出现环形链表，造成死循环。

       resize方法的源码：

//newCapacity为新的容量voidresize(intnewCapacity){ //小数组，临时过度下Entry[]oldTable=table;//扩容前的容量intoldCapacity=oldTable.length;//MAXIMUM_CAPACITY为最大容量，2的次方=1<<if(oldCapacity==MAXIMUM_CAPACITY){ //容量调整为Integer的最大值0x7fffffff（十六进制）=2的次方-1threshold=Integer.MAX_VALUE;return;}//初始化一个新的数组（大容量）Entry[]newTable=newEntry[newCapacity];//把小数组的元素转移到大数组中transfer(newTable,initHashSeedAsNeeded(newCapacity));//引用新的大数组table=newTable;//重新计算阈值threshold=(int)Math.min(newCapacity*loadFactor,MAXIMUM_CAPACITY+1);}

       transfer方法用来转移，将小数组的元素拷贝到新的数组中。

voidtransfer(Entry[]newTable,booleanrehash){ //新的容量intnewCapacity=newTable.length;//遍历小数组for(Entry<K,V>e:table){ while(null!=e){ //拉链法，相同key上的不同值Entry<K,V>next=e.next;//是否需要重新计算hashif(rehash){ e.hash=null==e.key?0:hash(e.key);}//根据大数组的容量，和键的hash计算元素在数组中的下标inti=indexFor(e.hash,newCapacity);//同一位置上的新元素被放在链表的头部e.next=newTable[i];//放在新的数组上newTable[i]=e;//链表上的下一个元素e=next;}}}

       注意e.next=newTable[i]和newTable[i]=e这两行代码，就会将同一位置上的新元素被放在链表的头部。

       扩容前的样子假如是下面这样子。

       那么正常扩容后就是下面这样子。

       假设现在有两个线程同时进行扩容，线程A在执行到newTable[i]=e;被挂起，电力营销系统源码此时线程A中：e=3、next=7、e.next=null

       线程B开始执行，并且完成了数据转移。

       此时，7的next为3，3的next为null。

       随后线程A获得CPU时间片继续执行newTable[i]=e，将3放入新数组对应的位置，执行完此轮循环后线程A的情况如下：

       执行下一轮循环，此时e=7，原本线程A中7的next为5，但由于table是线程A和线程B共享的，而线程B顺利执行完后，7的next变成了3，那么此时线程A中，7的next也为3了。

       采用头部插入的方式，变成了下面这样子：

       好像也没什么问题，此时next=3，e=3。

       进行下一轮循环，但此时，由于线程B将3的next变为了null，所以此轮循环应该是最后一轮了。

       接下来当执行完e.next=newTable[i]即3.next=7后，3和7之间就相互链接了，执行完newTable[i]=e后，3被头插法重新插入到链表中，执行结果如下图所示：

       套娃开始，元素5也就成了弃婴，惨~~~

       不过，JDK8时已经修复了这个问题，扩容时会保持链表原来的顺序，参照HashMap扩容机制的这一篇。

、多线程下put会导致元素丢失

       正常情况下，当发生哈希冲突时，HashMap是这样的：

       但多线程同时执行put操作时，如果计算出来的索引位置是相同的，那会造成前一个key被后一个key覆盖，从而导致元素的丢失。

       put的源码：

finalVputVal(inthash,Kkey,Vvalue,booleanonlyIfAbsent,booleanevict){ Node<K,V>[]tab;Node<K,V>p;intn,i;//步骤①：tab为空则创建if((tab=table)==null||(n=tab.length)==0)n=(tab=resize()).length;//步骤②：计算index，并对null做处理if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)tab[i]=newNode(hash,key,value,null);else{ Node<K,V>e;Kk;//步骤③：节点key存在，直接覆盖valueif(p.hash==hash&&((k=p.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))e=p;//步骤④：判断该链为红黑树elseif(pinstanceofTreeNode)e=((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this,tab,hash,key,value);//步骤⑤：该链为链表else{ for(intbinCount=0;;++binCount){ if((e=p.next)==null){ p.next=newNode(hash,key,value,null);//链表长度大于8转换为红黑树进行处理if(binCount>=TREEIFY_THRESHOLD-1)//-1for1sttreeifyBin(tab,hash);break;}//key已经存在直接覆盖valueif(e.hash==hash&&((k=e.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))break;p=e;}}//步骤⑥、直接覆盖if(e!=null){ //existingmappingforkeyVoldValue=e.value;if(!onlyIfAbsent||oldValue==null)e.value=value;afterNodeAccess(e);returnoldValue;}}++modCount;//步骤⑦：超过最大容量就扩容if(++size>threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);returnnull;}

       问题发生在步骤②这里：

if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)tab[i]=newNode(hash,key,value,null);

       两个线程都执行了if语句，假设线程A先执行了tab[i]=newNode(hash,key,value,null)，那table是这样的：

       接着，线程B执行了tab[i]=newNode(hash,key,value,null)，那table是这样的：

       3被干掉了。

、put和get并发时会导致get到null

       线程A执行put时，因为元素个数超出阈值而出现扩容，线程B此时执行get，有可能导致这个问题。

       注意来看resize源码：

finalNode<K,V>[]resize(){ Node<K,V>[]oldTab=table;intoldCap=(oldTab==null)?0:oldTab.length;intoldThr=threshold;intnewCap,newThr=0;if(oldCap>0){ //超过最大值就不再扩充了，就只好随你碰撞去吧if(oldCap>=MAXIMUM_CAPACITY){ threshold=Integer.MAX_VALUE;returnoldTab;}//没超过最大值，就扩充为原来的2倍elseif((newCap=oldCap<<1)<MAXIMUM_CAPACITY&&oldCap>=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)newThr=oldThr<<1;//doublethreshold}elseif(oldThr>0)//initialcapacitywasplacedinthresholdnewCap=oldThr;else{ //zeroinitialthresholdsignifiesusingdefaultsnewCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR*DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}//计算新的resize上限if(newThr==0){ floatft=(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>[])newNode[newCap];table=newTab;}

       线程A执行完table=newTab之后，线程B中的table此时也发生了变化，此时去get的时候当然会get到null了，因为元素还没有转移。

       为了便于大家更系统化地学习Java，二哥已经将《Java程序员进阶之路》专栏开源到GitHub上了，大家只需轻轻地star一下，就可以和所有的小伙伴一起打怪升级了。

       GitHub地址：/itwanger/toBeBetterJavaer

结合源码探究HashMap初始化容量问题

       探究HashMap初始化容量问题

       在深入研究HashMap源码时，有一个问题引人深思：为何在知道需要存储n个键值对时，我们通常会选择初始化容量为capacity = n / 0. + 1？

       本文旨在解答这一疑惑，适合具备一定HashMap基础知识的读者。请在阅读前，思考以下问题：

       让我们通过解答这些问题，逐步展开对HashMap初始化容量的深入探讨。

       源码探究

       让我们从实际代码出发，通过debug逐步解析HashMap的初始化逻辑。

       举例：初始化一个容量为9的HashMap。

       执行代码后，我们发现初始化容量为，且阈值threshold设置为。

       解析

       通过debug，我们首先关注到构造方法中的初始化逻辑。注意到，初始化阈值时，实际调用的是`tabliSizeFor(int n)`方法，它返回第一个大于等于n的2的幂。例如，`tabliSizeFor(9)`返回，`tabliSizeFor()`返回，`tabliSizeFor(8)`返回8。

       继续解析

       在构造方法结束后，我们通过debug继续追踪至`put`方法，直至`putVal`方法。

       在`putVal`方法中，我们发现当第一次调用`put`时，table为null，从而触发初始化逻辑。在初始化过程中，关键在于`resize()`方法中对新容量`newCap`的初始化，即等于构造方法中设置的阈值`threshold`()。

       阈值更新

       在初始化后，我们进一步关注`updateNewThr`的代码逻辑，发现新的阈值被更新为新容量乘以负载因子，即 * 0.。

       案例分析

       举例：初始化一个容量为8的HashMap。

       解答：答案是8，因为`tableSizeFor`方法返回大于等于参数的2的幂，而非严格大于。

       扩容问题

       举例：当初始化容量为时，放入9个不同的entry是否会引发扩容。

       解答：不会，因为扩容条件与阈值有关，当map中存储的键值对数量大于阈值时才触发扩容。根据第一问，初始化容量是，阈值为 * 0. = 9，我们只放了9个，因此不会引起扩容。

       容量选择

       举例：已知需要存储个键值对，如何选择合适的初始化容量。

       解答：初始化容量的目的是减少扩容次数以提高效率并节省空间。选择容量时，应考虑既能防止频繁扩容又能充分利用空间。具体选择取决于实际需求和预期键值对的数量。

       总结

       通过本文的探讨，我们深入了解了HashMap初始化容量背后的逻辑和原因。希望这些解析能够帮助您更深入地理解HashMap的内部工作原理。如果您对此有任何疑问或不同的见解，欢迎在评论区讨论。

       最后，如有帮助，欢迎点赞分享。