HashMap的笔记

1. HashMap的主要用途是什么？

思考: HashMap相比于其他Java集合有什么联系,HashMap实现了Map接口，而Map接口是一种增删改查键值对的规则，那他有什么特点呢，多线程相关，键值对的性质，HashMap没有对多线程做加锁，相比于数组，栈，队列，树，链表，HashMap是无序结构，也就说内部没有一个有结构的顺序来维护,同时因为Map接口以Key-Value来存取数据，导致其允许有且一个null值。

HashMap的特点决定了他的用途 :因为其内部是无序的，因此不能作为排序的容器，Map接口同时记录了键和值，可以存储配置参数等，同时增删改查的时间复杂度为o(1)。(HashSet内部实现也有HashMap的参与)

2. HashMap的一些机制？即如何实现的Map接口的

思考：Map接口包括

put(Key,Value),
get(Key),
remove(Key),
containsKey(Key),
containsValue(Value),
entrySet()，
size()

其中最主要的是put,get方法

put(Key Value)的具体实现方法

V putVal(hashcode,key,value)
/* 参数主要包括 hashcode，key，value，返回值 V 和value同一类型
*  在声明HashMap，其构造方法 初始化了threshold 阈值，也就是HashMap的容量的3/4，默认为16 * 3/4 = 12
*  但是此处运用了懒加载的思想，即在第一次putVal时才会实际初始化Node数组
*/

V get(Key) 具体实现为
Node getNode(hash,Key)
/* 相当于 putVal 的逆操作，看 putVal 具体实现即可
* 同时 remove(Key) 的过程也是 putVal的 逆过程
*/

V remove() 具体实现为
Node removeNode(hash,Key,Value)
/* removeNode 逻辑是找到目标Node，
* 如果node的引用在Node数组中，就赋值 Node数组[index]= node.next
* 如果在Node链表中，就通过记录pre结点，删除链表中的node
* 在这个过程，并没有扩容的逆过程机制，即扩容是不可逆的，HashMap只能越用越变越大

putVal方法的流程总结如下：(毕竟说的时候不能背源码)

1. 首先判断Node数组，是否为空，为空需要初始化Node数组，实际调用的是扩容的逻辑，毕竟初始化也算扩容
2. 计算Key的hashcode与数组长度的位"与"运算，结果为当前Key映射的Node数组下标index
3. 将hash，Key，Value，组合成Node对象，Node对象容器内持有hash，Key，Value，next；如果Node数组[index]为null直接存入Node对象
4. 如果不为null,判断Node容器内hash是否与存入hash相同,相同则将value替换容器内旧value
5. 如果hash不同，则进入hashcode处理碰撞的过程，以此Node为链表头结点，递归判断Node的hashcode，如果相同，将value替换容器内旧value
6. 如果Node节点next为空，即Node链表中，没有hashcode相同的情况，则在链表尾部插入新的组合成的Node对象(尾插法)
7. 最后，只要存入的Key-Value生成了新Node，而非替换旧有Node中Value，HashMap的size++，当size大于阈值时，就会触发扩容机制
8. 如果只是替换，旧有Node的Value将作为返回值

hashcode碰撞过程：理想状态下HashMap内存取Key-Value,唯一依赖参数就是Key的hashcode，如果两个不同Key的hashcode，映射Node数组index相同，就相当于存两个不同的Key-Value到一个Node[index]下，这就产生了碰撞

那么如何解决呢？
HashMap此时引入了链表，即之前提到的Node对象容器中next引用，用next来应对两个不同Node hashcode碰撞的问题，将key-value组成Node对象，并由前Node.next持有此对象的引用，形成链表

   TreeNode parent
   TreeNode left
   TreeNode right
   TreeNode prev
   boolean red
    * Entry<K,V> before，after
   /* TreeNode继承自LinkedHashMap.Entry,LinkedHashMap.Entry持有前后节点引用
   * TreeNode持有 父节点，左右子节点，qian
   */

• HashMap中的设计模式

在HashMap类中出现很多实现接口的内部类如KeyIterator，ValueIterator，EntryIterator ，KeySet,ValueSet,EntrySet,Values,内部类有很多好处，可以动态设置类的部分接口功能，(像View.OnClickListener),内部类也可以实现多重继承，同时符合开闭原则和单一职责原则，这样可以避免一个类层级上实现多个概念上没有关系接口 “java内部类有什么用-zhihu”
内部类之间可以相互调用，他们的具体实现又依赖外部实现的具体方法+自身继承的抽象，内部类相当于依靠外部类方法的抽象模块，通过模块之间相互调用，实现更高级抽象的操作，但这种抽象包含在外部类内，通过外部类的对外暴露接口调用，简直太妙了！

HashMap的扩容机制和 位运算 &

HashMap在当插入的Node结点总数超过初始设定的阈值时，就会触发扩容机制，比如将Node数组的长度由16扩展为32,同时在初始化调用putVal时也会触发扩容机制

   Node[] resize() 中实现扩容的逻辑
   /* 先遍历旧Node数组中的元素，判断是Node单结点还是链表
   * 如果是单节点，则重新运算结点hash 按位与 新Node数组长度-1
   * 如果是链表，则将按照链表中Node结点hash 按位与 旧Node数组长度
   * 来区分在 “高进位”中是否有有效标记
   * 并将其分为 ”高进位有效“的链表和”高进位无效“的链表
   * ”高进位无效“的链表插入到新Node数组的原始index下标下
   * “高进位有效”的链表插入到xinNode数组“原始index+旧Node数组长度”下标下

在resize过程中，依赖位运算 & 来平衡数组各下标内的链表长度

位运算 & : 有些像二进制运算中的”十进制的取模运算“，将长二进制数，映射到不大于某短二进制数的目标二进制数，按位与计算的是低位1111的标记，从而映射到短二进制数size=16的数组下标，当触发数组扩容时，同时变化的还有短二进制数的位数例如由1111 -> 11111,再重新将旧数组内链表node的hash 按位与 新增的高进位 1(第5位)，如果在高进位中存在有效标记，那么就把此node存入到代表此高进位的新数组下标 (index+16)

3. 其他问题：

• HashMap的数组长度为什么是2的倍数？ 因为HashMap的hash查找和扩容机制依赖位运算，所以必须长度是2进制数
• HashMap的Key对象有什么局限？ Key对象最好是final类型，即不可更改的对象，同时其hashcode也是定值，这样不会在Key变化后引起Key.hashcode的变化
• HashMap如何应对多线程使用中的并发更改？ 在所有Java Collection中，迭代器都具有fail-fast机制，HashMap的PutVal，Remove等导致Node节点总数变化的操作都会触发 modCount++，当迭代器在遍历时，会比较modCount是否一致，如果不一致代表HashMap内部变化了