java.util.HashMap是很常見(jiàn)的類(lèi)，前段時(shí)間公司系統由于對HashMap使用不當，導致cpu百分之百，在并發(fā)環(huán)境下使用HashMap而沒(méi)有做同步，可能會(huì )引起死循環(huán)，關(guān)于這一點(diǎn)，sun的官方網(wǎng)站上已有闡述，這并非是bug。
HashMap的數據結構
HashMap主要是用數組來(lái)存儲數據的，我們都知道它會(huì )對key進(jìn)行哈希運算，哈系運算會(huì )有重復的哈希值，對于哈希值的沖突，HashMap采用鏈表來(lái)解決的。在HashMap里有這樣的一句屬性聲明：
transient Entry[] table;
Entry就是HashMap存儲的數據，它擁有的屬性如下
final K key;
V value;
final int hash;
Entry<K,V> next;
看到next了嗎？next就是為了哈希沖突而存在的。比如通過(guò)哈希運算，一個(gè)新元素應該在數組的第10個(gè)位置，但是第10個(gè)位置已經(jīng)有Entry，那么好吧，將新加的元素也放到第10個(gè)位置，將第10個(gè)位置的原有Entry賦值給當前新加的Entry的next屬性。數組存儲的鏈表，鏈表是為了解決哈希沖突的，這一點(diǎn)要注意。
幾個(gè)關(guān)鍵的屬性
存儲數據的數組
transient Entry[] table; 這個(gè)上面已經(jīng)講到了
默認容量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
默認加載因子，加載因子是一個(gè)比例，當HashMap的數據大小>=容量*加載因子時(shí)，HashMap會(huì )將容量擴容
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
當實(shí)際數據大小超過(guò)threshold時(shí)，HashMap會(huì )將容量擴容，threshold＝容量*加載因子
int threshold;
加載因子
final float loadFactor;
HashMap的初始過(guò)程
構造函數1
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);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
}
重點(diǎn)注意這里
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
capacity才是初始容量，而不是initialCapacity，這個(gè)要特別注意，如果執行new HashMap(9,0.75)；那么HashMap的初始容量是16，而不是9，想想為什么吧。
構造函數2
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
構造函數3，全部都是默認值
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
}
構造函數4
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
putAllForCreate(m);
}
如何哈希
HashMap并不是直接將對象的hashcode作為哈希值的，而是要把key的hashcode作一些運算以得到最終的哈希值，并且得到的哈希值也不是在數組中的位置哦，無(wú)論是get還是put還是別的方法，計算哈希值都是這一句：
int hash = hash(key.hashCode());
hash函數如下：
static int hash(int h) {
return useNewHash ? newHash(h) : oldHash(h);
}
useNewHash聲明如下：
private static final boolean useNewHash;
static { useNewHash = false; }
這說(shuō)明useNewHash其實(shí)一直為false且不可改變的，hash函數里對useNewHash的判斷真是多余的。
private static int oldHash(int h) {
h += ~(h << 9);
h ^= (h >>> 14);
h += (h << 4);
h ^= (h >>> 10);
return h;
}
private static int newHash(int h) {
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
其實(shí)HashMap的哈希函數會(huì )一直都是oldHash。
如果確定數據的位置
看下面兩行
int hash = hash(k.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
第一行，上面講過(guò)了，是得到哈希值，第二行，則是根據哈希指計算元素在數組中的位置了，位置的計算是將哈希值和數組長(cháng)度按位與運算。
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
put方法到底作了什么？
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
如果key為NULL，則是單獨處理的，看看putForNullKey方法：
private V putForNullKey(V value) {
int hash = hash(NULL_KEY.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == NULL_KEY) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, (K) NULL_KEY, value, i);
return null;
}
NULL_KEY的聲明：static final Object NULL_KEY = new Object();
這一段代碼是處理哈希沖突的，就是說(shuō)，在數組某個(gè)位置的對象可能并不是唯一的，它是一個(gè)鏈表結構，根據哈希值找到鏈表后，還要對鏈表遍歷，找出key相等的對象，替換它，并且返回舊的值。
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == NULL_KEY) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
如果遍歷完了該位置的鏈表都沒(méi)有找到有key相等的，那么將當前對象增加到鏈表里面去
modCount++;
addEntry(hash, (K) NULL_KEY, value, i);
return null;
且看看addEntry方法
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);新建一個(gè)Entry對象，并放在當前位置的Entry鏈表的頭部，看看下面的 Entry構造函數就知道了，注意紅色部分。
Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
value = v;
next = n;
key = k;
hash = h;
}
如何擴容？
當put一個(gè)元素時(shí)，如果達到了容量限制，HashMap就會(huì )擴容，新的容量永遠是原來(lái)的2倍。
上面的put方法里有這樣的一段：
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
這是擴容判斷，要注意，并不是數據尺寸達到HashMap的最大容量時(shí)才擴容，而是達到 threshold指定的值時(shí)就開(kāi)始擴容，threshold＝最大容量＊加載因子。 看看resize方法
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable);
table = newTable;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}
重點(diǎn)看看紅色部分的 transfer方法
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table;
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) {
Entry<K,V> e = src[j];
if (e != null) {
src[j] = null;
do {
Entry<K,V> next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
} while (e != null);
}
}
}
tranfer方法將所有的元素重新哈希，因為新的容量變大，所以每個(gè)元素的哈希值和位置都是不一樣的。
正確的使用HashMap
1：不要在并發(fā)場(chǎng)景中使用HashMap
HashMap是線(xiàn)程不安全的，如果被多個(gè)線(xiàn)程共享的操作，將會(huì )引發(fā)不可預知的問(wèn)題，據sun的說(shuō)法，在擴容時(shí)，會(huì )引起鏈表的閉環(huán)，在get元素時(shí)，就會(huì )無(wú)限循環(huán)，后果是cpu100%。
看看get方法的紅色部分
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
return e.value;
}
return null;
}
2：如果數據大小是固定的，那么最好給HashMap設定一個(gè)合理的容量值
根據上面的分析，HashMap的初始默認容量是16，默認加載因子是0.75，也就是說(shuō)，如果采用HashMap的默認構造函數，當增加數據時(shí)，數據實(shí)際容量超過(guò)10*0.75=12時(shí)，HashMap就擴容，擴容帶來(lái)一系列的運算，新建一個(gè)是原來(lái)容量2倍的數組，對原有元素全部重新哈希，如果你的數據有幾千幾萬(wàn)個(gè)，而用默認的HashMap構造函數，那結果是非常悲劇的，因為HashMap不斷擴容，不斷哈希，在使用HashMap的場(chǎng)景里，不會(huì )是多個(gè)線(xiàn)程共享一個(gè)HashMap,除非對HashMap包裝并同步，由此產(chǎn)生的內存開(kāi)銷(xiāo)和cpu開(kāi)銷(xiāo)在某些情況下可能是致命的。
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