HashMap

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HashMap的继承体系

核心属性+构造方法

状态属性：

• DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; == 16 默认的初始长度
• MAXIMUN_CAPACITY = 1 << 30; Hash表的最大长度，其是由JVM决定的
• DEFAULT_LOAD_FACTORY = 0.75f ; 默认的负载因子大小
• TREEIFY_THRESHOLD = 8; 树化的最小链长
• UNTREEIFY_THRESHOLD = 6 ；树降级为链的链长
• MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64 ； 链表转化为树时，数组的最小长度。

成员属性

• Node继承了Map.entry类，
• Node<K,V>[] table； Hash表的数组
• size； Hash表的长度
• modCount； 记录Hash表的修改次数，包括插入、删除等(替换不会计数)。
• loadFactory ；负载因子
• threshold ； 扩容阈值(开始时，其数值为tableSizeFor(initCapacity))，但是由于延迟初始化，其并没有真的在内存中分配空间，在后面初始化以后就会变成capacity*loadFactory。
• 
• tableSizeFor()函数的目的就是把自定义输入的数值转化成最小的2的n次幂，通过对initCapacity-1 ，不断(对右移1，2，4，8，16位)进行位与操作，得到2的n次幂。
• 必须是initCapacity，否则在8、16、32等输入2的n次幂的情况下会扩大2倍，变成16、32、64，而不是8、16、32。

putVal()方法

• putVal一共分为4种情况。

Hash扰动处理

• 将Hash的高16位与低16位进行异或处理，得到扰动后的Hash数值
• 扰动后的Hash数值(hash)，再将其和(n-1)进行位与操作，得到散列表中的index，在2进制环境下也就是对hash进行取模操作。
• 

延迟初始化，

• 如果table为空或者，table的长度为0，这时才初始化数组，以节省内存开销。
  
• 

第一种情况:Hash数组中没有元素

• 
• 找到数组的指定索引位置，插入新节点
• 这时会跳出判断，++modCount，

第二种情况:Hash数组中有元素并正是我们要找的

• 
• 
• e表示找到了一个我们要找的相同的节点。
• 更改成为新值，同时返回旧值。

第三种情况:Hash数组中有元素，不是我们要找的找到，并且其数据结构是红黑树

• 
• 判断数组中的第一个节点是否是红黑树，如果是，则执行红黑树的插入操作。返回e。
• 
• 如果e不为空，则表示原来有值，修改成为新值，返回旧值。

第四种情况:Hash数组中有元素，不是我们要找的找到，并且其数据结构是链表

• 链表也有三种情况，
  1. 遍历当前链表，找到节点
     
  2. 遍历当前链表，没有找到节点，但是也没有超过树化阈值

  这里用binCount来记录遍历次数，因为遍历是从0开始的，所以当binCount>=TREEIFY_THRESHOLD-1就可以了认为是可以树化了。
  

  3. 遍历当前链表，没有找到节点，达到树化阈值(见上图)

上面的四种情况都会落到这里。

• 如果e!=null，表明找到了节点，则表示会进行修改，不会++modCount，会直接返回原值。
  
• 如果e==null，则会++modCount，返回null，表示是插入节点。
  

resize()方法

确定参数

• oldTab 表示扩容前的数组。
• oldCap 表示扩容前的长度，如果未被初始化则赋值为0
• oldThr 表示扩容前的扩容阈值。
• newCap表示扩容后的长度，newThr表示扩容后的扩容阈值，这一部分主要就是确定这两个数值，让后面根据这两个数值进行扩容处理。
• 分为4种情况
  

第一种情况：散列表已经初始化过了，正常扩容

• newCap = oldCap乘以2
• newCap不会超过MAXIMUM_CAPACITY，同时oldCap大于等于DEFAULT_INITIAL_CAPACITY
• 会触发正常扩容，
• 在这种状态下newCap 扩大为oldCap的二倍，newThr 也扩大为oldThr的二倍。
  

第二种情况：散列表没有被初始化过，但是有负载因子(对应HashMap的有参构造)

• newCap直接赋值成原来的负载因子即可。
• 其newThr的赋值在第四情况

第三种情况：散列表没有被初始化过，且没有负载因子(对应HashMap的无参构造)

• newCap 赋值 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY
• newThr 赋值(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
• 按照默认参数赋值

第四种情况：散列表第一次被有参初始化时，或newCap大于MAXIMUM_CAPACITY或oldCap < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY，时设定newThr。

• 还是按照公式ft = (float)newCap * loadFactor;
• newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
• 如果超过最大值，则直接赋值Integer.MAX_VALUE，没有则赋值ft，是按照cap*thr得到的结果。
• 
• 

扩容操作

• 
• 对于原来放到15的二进制可能是01111或者11111，因此01111在扩容后放到15中，11111在扩容后放到31中。当数组中有数据时分为三种情况。
• 

让e作为节点遍历oldTab[j]，同时oldTab[j] == null，辅助GC。

第一种情况:数组仅仅有一个数据

• 直接按照hash扰动取余放到新的数组中
• 

第二种情况:数组有且数据结构为红黑树

• 调用split方法，拆解红黑树(后面说说红黑树)
• 

第三种情况:数组有且数据结构为链表

• 和上面图表达的是一个意思，在上面的图中；
• 蓝色的放到15的链表为loHead和loTail；
• 绿色的放到31的链表为hiHead和hiTail；
• 遍历链表，将高位为0的放到低位链，高位为1的放高位链。
• 
• 最后将15的数组的值赋值给低位置链的头，将31的数组的值赋值给高位置链的头。
• 

get()和remove()

getNode()

• 
• 在可以找到的情况下有三种情况

第一种情况:数组中相应索引的第一个元素就是

• 直接返回。
• 

第二种情况:数组中响应索引的第一个元素不是，数据结构是红黑树，然后遍历红黑树

• 

第三种情况:数组中响应索引的第一个元素不是，数据结构是链表，然后遍历链表

• 

上面三种都没找到，那就没有返回null

removeNode()

• 这个方法分成两个步骤：查找node和删除node
  
  

查找

• 和上面的过程是一样的，判断头节点，判断红黑树，判断链表
• 这里就不赘述了
  

删除

• 删除也是分成三种情况
  1. 如果是树节点，则直接调用树的remove函数即可。
  2. 如果是头节点，则将table[index] 赋值给node.next。
  3. 如果是链表则，则p.next = node.next;(p是node的前置节点，node表示找到的节点)(没想通的看上面链表遍历的源代码)。
• 最后操作modCount++，修改长度等数据。
  

ConcurrentHashMap JDK1.7

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• 对于一个对象的HashCode来说，前几位时用来作为HashEntry的索引使用的，后面的几位时用来作为Segment数组的索引使用的。

构造函数

• ConcurrentHashMap内部有segment数组，segment数组中存放HashEntry数组，我们的数据是存放到HashEntry中的。
• 默认值是有segment数组长度是16，HashEntry数组默认长度是2，因此ConcurrentHashMap默认初始化以后的长度为32。
• 构造方法是没有多线程安全问题的

初始时只有第一个segment会初始化两个hashentry，后面的是不会被初始化的，只有在用到才会被初始化

Segment继承了ReentrantLock

• 一个Segment数组实际上是一个ReentrantLock数组。
• 不同锁之间是不影响写操作的

put()

• ConcurrentHashMap的Value不允许有null，key也不允许为null
• 
• 如果当前位置没有HashEntry数组，则建立HashEntry数组，按照前面的模板，并计算是否超过阈值，进行扩容。
• 通过不断的使用UNSAFE。getObjectVolatile()方法取值，来判断当前的位置是否真的没有初始化，如果真的没有，则使用CAS操作，创建HashEntry数组。
  
• 尝试在需要修改的HashEntry上加锁，然后进行put操作
  
• 如果该位置为空，则直接加。如果不空，且发生Hash冲突，则拉链法，头插法插入。
• 对于没拿到锁的对象，则先查询，如果没有则创建一个HashEntry对象，在拿到锁之后就可以直接插入了，来节省时间。创建以后，一直自旋，等待锁。当等到锁以后，使用头插法，来插入。最后的节点插入到hashentry的最前面。如果不需要，则不创建，也不修改，等待锁的释放。

rehash()

• 详细的看视频吧。
• 首先rehash()时是对Segment中的HashEntry数组对象进行扩容。因此更加关注HashCode的前几个位。
• 这里是做了一个优化，如果某一个对象，及其以后所有的对象即使在rehash以后也在同一个数组索引下时，直接将其指针赋值给新的数组的对应位置，这样就可以减少重新计算和插入的次数。
• 对于在这个之前的对象，CurrentHashMap采用复制节点的方式，以头插法插入对应数组的索引的位置，而不是使用原来的节点。

获取集合长度size()

• 至少2次(判断last和sum)，最多4次(进入锁了)才能返回数组长度。
• sum将整个CurrentHashMap的modCount求和，来作为标志，判断在获取集合长度的时候是否发生了并发。在求出sum后会将sum赋值给last，用这两个变量判断是否相等，来作为是否发生并发的标志。只有当last == sum的时候，才能表示没有线程对其发生并发操作。
• size等于所有segment数组中hashEntry数组的个数。
• 
• 
• 

ConcurrentHashMap JDK1.8

• 扩容那个部分太难了，后面直接看视频吧，这里就记录一些关键点。
• 视频
• sizeCtl整个ConcurrentHashMap的核心，其表达的意思:

• sizeCtl为0，表示数组未初始化，且数组初始化容量为默认值16
• sizeCtl为正数，如果数组未初始化，那么sizeCtl表示的是数组的初始化容量。如果已经初始化，则表示数组的扩容阈值。
• sizeCtl为-1，表示数组正在进行初始化。
• sizeCtl为小于0，表示数组正在扩容，其值为-(n-1)时，表示有n个数组正在扩容，共同完成对数组的扩容。

初始化

• 默认的loadFactor是 0.75f 是写死的，无法修改。
• 如果构造函数传入loadFactor 也不会赋值给loadFactory，而是直接进入构造。

默认初始化(不推荐)

• 设定数组长度为16。没有真的初始化，仅仅是设定初始化函数。
• 不推荐空参构造 默认16 + 0.75f
• 

带有初始容量的初始化

• 建议使用带一个初始初始值容量的初始化方式
• 同时sizeCtl 赋值为数组长度
• 
• 注意这里的tableSizeFor传入的参数不是initialCapacity,而是initialCapacity + (initialCapacity >>> 1) + 1，因此得出的表格长度正常的2倍。
• 如果initialCapacity = 16，对于HashMap长度为16，如果是CurrentHashMap则为32。
• 如果initialCapacity = 17，对于HashMap长度为32，如果是CurrentHashMap则为64。

全参初始化

• 和上面一样，都额外增加了空间
• 

添加安全

• 和1.7一样，不允许空值空键。
• 
• 

数组初始化(多次自旋进行CAS)

• 如果数组没有被初始化，或者数组长度为0，则进行数组初始化
• 
• 

数值添加(四种情况)

第一种情况：数组当前索引处没有元素

• 对于元素，不需要上锁，仅通过CAS操作即可
  

第二种情况：数组当前索引处有元素，并且正在进行扩容，则启动多线程辅助扩容。

• 当某个索引处的链表>8，同时数组长度<64，会进行数组扩容。
• 将这个索引的插入forward节点，如果再向forward节点，会导致这个节点丢失。
• 对于forward节点的hash值为MOVED
• 

对于下面两种情况是上锁的

• 其上锁的对象是f，也就是数组的第一个元素。
  

第三种情况：数组当前索引处有元素，元素数据结构是链表

• 前面需要判断一下是否为f，因为如果真的从链表转化成红黑树，f节点就不是了数组对应索引的第一个元素了。
• 从前到后进行遍历
• 这里依旧进行树化计数，但是是在后面进行判断是否树化，和树化操作。
• 
• 找到了直接返回oldValue
  
• 如果没找到直接插入，就算已经到了链表长度也要插入
  

第四种情况：数组当前索引处有元素，元素数据结构是红黑树

• 不是链表结构，从红黑树找元素。
• 

树化判断

维护集合长度

集合长度获取

• addCount(long x, int check)维护集合长度

• 这个就不贴代码了，太难了，就放个逻辑在这里吧。

• 我们首先对baseCount进行CAS操作，操作成功，直接返回，如果操作失败，对CounterCell数组的Value尝试增加，如果还失败进入fullAddCount(x, uncontended);

• 在fullAddCount(x, uncontended);中，就是不断的自旋的在数组中的人一位置进行加1，如果CAS成功，则返回；如果失败，尝试对数组进行扩容，同时继续尝试随机位置加，直到加成功。CounterCell数组的长度最大为CPU的核心数。
  

• 每一次如果都CAS失败，则会找一个新的数组位置加，直到加成功
  

• 则最终的HashMap的总长度为:baseCount + CounterCell_value + CounterCell_value+…+

• 

扩容安全

• 依旧是在AddCount()方法内，
• 第一个扩容的线程，nt 表示新的数组
• 
• 协助扩容的进程
• 
• 数组迁移是从后面，向前面迁移，每个线程都会领取一定的任务去进行迁移。
• 多个线程会负责整个数组的数据迁移，每个线程最少负责16个数组数据的迁移
• advancetrue表示当前线程已经完工，finishingtrue表示所有线程已经完工
• 新的数组会分配给多个线程一定数量的数据迁移，等到所有的线程的数据迁移都完成了，就表示数据迁移完成了。将新的数组赋值给table。
• 如果原数组这个位置已经被迁移过了，原数组这个位置会放置一个forwardNode，其hash为MOVED
• 每个线程的迁移和1.7是一样的，都是采用了取巧的方式
• 
• 新的阈值计算: 2n-(n/2) = (3/2)*n = 0.75 * 2n 和 负载因子是0.75的是一样的
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协助扩容的两种情况

• 插入时插到了hash==MOVED的forwardNode，这时会帮助扩容。
• 插入成功了，但是在计算集合长度时，发现别的线程在扩容，这时会帮助扩容。

标签：扩容,初始化,HashMap,难点,链表,CurrentHashMap,数组,长度,节点
来源： https://blog.csdn.net/paleatta/article/details/123626434