CSDN地址:https://blog.csdn.net/Eclipse_2019/article/details/127381813

學習目標

1、hash沖突的解決辦法有哪幾種

2、HashTable、hashmap、CHM三者之間的區別

3、HashMap的默認長度是多少?默認擴容因子是多少?

4、HashMap它是怎麼解決hash沖突的

5、HashMap為什麼擴容是2的冪次方

6、談一下HashMap中put是如何實現的?

7、談一下hashMap中什麼時候需要進行擴容,擴容resize()又是如何實現的?

8、談一下hashMap中get是如何實現的?

9、為什麼是16?為什麼必須是2的冪?如果輸入值不是2的冪比如10會怎麼樣?

10、HashMap和HashTable的區別

11、hashmap中的擾動函數有什麼作用

12、hashmap的底層數據結構(1.7和1.8版本)

13、hashmap為什麼是線程不安全的(1.7和1.8版本)

14、在什麼情況下hashmap的鏈表會轉化成紅黑樹

15、HashMap的key可以為null嗎?CHM呢?

第1章 前置知識

1、Hash表​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

Hash函數:MD5、SHA

Hash表:通過hash函數來計算數據位置的數據結構

HashMap通過數組去存儲

2、Hash沖突

多個不同的key通過hash函數運算之後落在同一個數組下標的位置。

解決方案:

  • ThreadLocal解決方案:線性探索(開發尋址法)
  • HashMap解決方案:鏈式地址法
  • 再Hash法(通過多個hash函數)

3、鎖粒度

  • hashtable:是對整個數組加鎖,兩個線程對同一個hashtable進行操作時,隻可能有一個線程進行put。
  • 1.7CHM:對數組中的每個segment加鎖,不同線程對同一個CHM進行操作時,如果hash計算沒有落在同一個segment時,就可以同時操作。每個segment裡面存的也是一個16個長度的數組,然後數組裡面存鏈表
  • 18CHM:對數組中的每個node加鎖,不同線程對同一個CHM進行操作時,如果hash計算沒有落在同一個node時,就可以同時操作。每個node裡面存的是存鏈表或紅黑樹。

第2章 HashMap

2.1 從new說起

HashMap hashMap=new HashMap(5);
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                           loadFactor);
    this.loadFactor = loadFactor;
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);  //代表hashMap的容量大於這個的時候會進行resize操作
}

不管傳多大的容量,容量都是最靠近設置值的2的冪次方,且大於傳入值

2.2 右移左移補充

<<表示左移移,不分正負數,低位補0;

註:以下數據類型默認為byte-8位

左移時不管正負,低位補0

正數:r = 20 << 2

  20的二進制補碼:0001 0100

  向左移動兩位後:0101 0000

       結果:r = 80

r = 20 << 3

  20的二進制補碼:0001 0100

  向左移動兩位後:1010 0000

原碼:1110 0000

       結果:r = -96

負數:r = -20 << 2

  -20 的二進制原碼 :1001 0100

  -20 的二進制反碼 :1110 1011

  -20 的二進制補碼 :1110 1100

  左移兩位後的補碼:1011 0000

        反碼:1100 1111

        原碼:1101 0000

        結果:r = -80

>>表示右移,如果該數為正,則高位補0,若為負數,則高位補1;

註:以下數據類型默認為byte-8位

正數:r = 20 >> 2

  20的二進制補碼:0001 0100

  向右移動兩位後:0000 0101

       結果:r = 5

負數:r = -20 >> 2

  -20 的二進制原碼 :1001 0100

  -20 的二進制反碼 :1110 1011

  -20 的二進制補碼 :1110 1100

  右移兩位後的補碼:1111 1011

        反碼:1000 0100

        原碼:1000 0101

        結果:r = -5

>>>表示無符號右移,也叫邏輯右移,即若該數為正,則高位補0,而若該數為負數,則右移後高位同樣補0

正數: r = 20 >>> 2

    的結果與 r = 20 >> 2 相同;

負數: r = -20 >>> 2

註:以下數據類型默認為int 32位

  -20:源碼:10000000 00000000 00000000 00010100

    反碼:11111111 11111111 11111111 11101011

    補碼:11111111 11111111 11111111 11101100

    右移:00111111 11111111 11111111 11111011

    結果:r = 1073741819

-1源碼: 10000000 00000000 00000000 00000001

反碼: 11111111 11111111 11111111 11111110

補碼: 11111111 11111111 11111111 11111111

01111111 11111111 11111111 11111111

11111111 11111111 11111111 11111111

//保證
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;  //減1.防止傳入的剛好是2的冪次方的時候,比如傳入4,不減1,會得到7;
    n |= n >>> 1;  //右移一位,然後|運算,能保證高2位是1,是4                                                         n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;   //類推到最大的2的32-1,也就是32個1!!因為java中int4字節,也就是32位,達到int的最大值
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;  //再加1,
}

舉例 傳入的cap是14

n=cap-1 ;  13   二進制位0000 1101
    
n |= n >>> 1;    n>>>1 為 0000 0110   與n|運算    得到00001111
n |= n >>> 2;    n>>>2 為 0000 0011   與n|運算    得到00001111
n |= n >>> 4;    n>>>4 為 0000 0000   與n|運算    得到00001111
最終結果就是 00010000

2.3 擾動函數

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

右移16位與本來的異或;能使高16位與低16位都參與hash運算!!減少hash沖突

比如

1110 1000  >>>4   0000 1110
0000 1110    
---------------
1110 0110    

2.4 繼續put方法

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
               boolean evict) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    //判斷table是否為空
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        //初始化
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)   //不存在hash沖突
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {    //hash沖突
        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&  //hash值相等
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))  //key也相等
            e = p;  //直接將已有的給到e
        else if (p instanceof TreeNode) //是紅黑樹
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {   //插入鏈表
            for (int binCount = 0; ; ++binCount) {   //一直遍歷,沒有條件
                if ((e = p.next) == null) {   //到瞭鏈表尾部
                    p.next = newNode(hash, key, value, null); //添加到鏈表尾部
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st   //當鏈表長度達到8,轉變為紅黑樹
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))   //hash跟key都一樣,鏈表裡面覆蓋
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key   //有需要覆蓋的節點,覆蓋
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

2.5 擴容(初始化)

final Node<K,V>[] resize() {   
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;  //得到原來table的長度.假如是4
    int oldThr = threshold;  //得到原來的擴容臨界值   4*0.75=3
    int newCap, newThr = 0;  //新的table的長度與擴容臨界值 
    if (oldCap > 0) {  //如果table有值,代表不是初始化   
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {   //判斷原來的table長度是不是到瞭最大值,如果到瞭最大值,不再擴容,直接返回原來的數組
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return oldTab;
        }
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&   //newCap為oldCap的2倍,並且原來的長度>=16,臨界值為原有臨界值的2倍,這時newCap=8
                 oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // double threshold,結果是跟newCap*0.75一樣的,必須大於等於16,不然4的擴容是3,*2就會有問題
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold  //當沒有數據的時候,初始化容量就為閾(yu)值
        newCap = oldThr;
    else {               // zero initial threshold signifies using defaults   //默認值
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
    }
    if (newThr == 0) {  //當原來table的長度小於16的時候
        float ft = (float)newCap * loadFactor;   //newCap為原來長度的2倍*0.75     也就是8*0.75=6 
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                  (int)ft : Integer.MAX_VALUE);    //新的擴容臨界值為6
    }
    threshold = newThr;  //擴容值變成瞭6
    @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})   //不用再編譯完成後出現警告信息,忽略"rawtypes","unchecked"
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];  // 新的數組長度為8
    table = newTab;     //table賦值為newTab
    if (oldTab != null) {  //進行數據遷移
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;   //便於GC
                if (e.next == null)  //沒有next,代表不是鏈表,就是數組
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;   //hash取模放到數組位置
                else if (e instanceof TreeNode)  //如果是紅黑樹,按紅黑樹轉移
                    ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                else { // preserve order   //鏈表,鏈表轉移
                    //低位鏈表,也就是當hash取模小於old的時候
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    //高位鏈表,也就是當hash取模大於等於old的時候
                    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);
                    //低位鏈表放在原有位置
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    //如果超過瞭原來old,放在old的長度+j
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

2.6 鏈表轉紅黑樹

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)   //數組不到64,也不會轉紅黑樹
        resize();  //擴容
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {  
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;   // 定義首、尾節點
        do {
            TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);  //將該節點轉換為 樹節點
            if (tl == null)
                hd = p;
            else {
                p.prev = tl;
                tl.next = p;
            }
            tl = p;
        } while ((e = e.next) != null);  // 繼續遍歷鏈表
        
          // 到目前為止 也隻是把Node對象轉換成瞭TreeNode對象,把單向鏈表轉換成瞭雙向鏈表
        
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab);  //轉為紅黑樹
    }
}

HashMap底層為什麼線程不安全,作者用瞭PPT演示瞭過程,文章中貼不出來,如果感興趣的同學可以私聊作者發給你

下文預告

  1. 線程池的作用
  2. JDK提供哪些常見的線程池
  3. 線程池的核心參數有哪些
  4. 線程池的拒絕策略有哪些
  5. 線程池的工作流程