HashMap的数据结构浅析[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

HashMap是非线程安全的。而HashMap的线程不安全主要体现在resize时的死循环

HashMap工作原理

• HashMap数据结构
  常用的底层数据结构主要有数组和链表。数组存储区间连续，占用内存较多，寻址容易，插入和删除困难。链表存储区间离散，占用内存较少，寻址困难，插入和删除容易。

• HashMap要实现的是哈希表的效果，尽量实现O(1)级别的增删改查。它的具体实现则是同时使用了数组和链表，可以认为最外层是一个数组，数组的每个元素是一个链表的表头。
  

HashMap的寻址方式

• 对于新插入的数据或者待读取的数据，HashMap将Key的哈希值对数组长度取模，结果作为该Entry在数组中的index。因此数组的长度必须时2的N次方，实际中，HashMap会自动通过Integer.highestOneBit算出比指定整数大的最小的N值。

        public static int highestOneBit(int i) {
          i |= (i >>  1);
          i |= (i >>  2);
          i |= (i >>  4);
          i |= (i >>  8);
          i |= (i >> 16);
          return i - (i >>> 1);
        }

• 碰撞：由于数组的长度是有限的，所以不管Hash（）方法和Equals()方法写得如何严谨，始终不能完全避免碰撞的发生（Hash值算出来的Index相同，需要放在数组的同一个位置），碰撞发生后，我们就只能添加一个链表子节点，但是这无疑会降低查找效率（找到Index还要遍历链表。。。）
• 加载因子：默认是0.75，当数组的被占空间>=0.75的时候，HashMap就会进行扩容（变为两倍），扩容之后数组中的所有元素进行重排序（算出来的Index可能不同），从而减少数组下链表的长度，提高查找效率。

Java8 中的升级

• Java8 中的HashMap采用了数组+链表+红黑树（类似于数据结构中的平衡二叉树）的模式（当链表长度<8时仍然采用链表的形式，>8时由链表的数据结构转换成红黑树的数据结构）
  

JDK1.7中线程不安全的HashMap

• 上文讲到占用空间超过加载因子的值时，就会自动扩容，这时HashMap中的元素或重新计算排序，这显然是不能保证线程安全的，而且在多线程并发调用时，可能出现死循环。

• 首先：先给出resize的核心代码：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {  
        int newCapacity = newTable.length;  
        for (Entry<K,V> e : table) {  
  
            while(null != e) {  
                Entry<K,V> next = e.next;           
                if (rehash) {  
                    e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);  
                }  
                int i = indexFor(e.hash, newCapacity);   
                e.next = newTable[i];  
                newTable[i] = e;  
                e = next;  
            } 
        }  
    }  

• 在多线程调用中，可能会产生这种情况：两个线程同时认为HashMap需要rehash,这里就有一种可能性，这两个线程在调用的时候
• 当两个线程痛时执行的时候，可能有一个会被挂起，等待另一个结束后在继续执行，这时问题就产生了；
  
• 产生死循环的原因是:while(null != e)这句判断，在第一次执行的时候，B原本->null，于是重新计算到B的时候B->null,判断体就结束执行，于是就扩容成功
• 当第二个线程执行扩容的时候，内存中是B->A ,是的，条件成立，而原本的条件（线程2以为的条件）是A->B 这里，两个条件同时成立，后果就是。。。一直循环下去A->B->A->B…
  • 具体过程是A->B,执行while,将A头插到数组，指针指向下一个，B->A,条件成立，将B头插如数组，指针指向下一个，A->B…

JDK1.8的优化

• 在JDK1.8中采用了尾插法，可以有效避免上述这种死循环的情况。

以上就是我目前的理解,还有一种使用迭代器时的fast-fail，以后有机会更新。
关于ConcurrentHashMap可以看看我的另外一篇，欢迎指正：ConcurrentHashMap浅析