从 Map 到 HashMap 到 LinkedHashMap
java 从 Map 到 HashMap 到 LinkedHashMap
Map 接口
Map 是 java 容器的基础接口，提供按照 kv 方式存取数据的能力。Map 定义了一系列的操作，以及一个内部接口 Map.Entry ，Entry 表示一个 kv 对 ：
int size()
boolean isEmpty()
boolean containKey(Object)
boolean containValue(Object)
V get(Object)
V put(K, V)
V remove(Object)
...
Entry<K, V> {
K getKey()
V getValue()
V setValue(V)
...
}
HashMap
HashMap 是 Map 的一种实现方式，内部通过 hashCode 把数据分布到对应的数组（表，table）位置上。HashMap 内部实现采用了很高效的方法来进行 hash。HashMap 有几个关键的因素：容量、负载因子、红黑树。
表的容量为 2^n ，初始默认值为 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4 ，每次增长时直接左移 1 。在进行 hash 时，直接用 k 的 hashCode 进行 hashCode & (table.lenght - 1) ，这样的方式不需要使用 mod 运算，全部使用位运算， 速度非常快。
当多个 k 对应到表的同一个位置时，需要进行扩展处理。HashMap 创建 HashMap.Node<K, V> 继承了 Map.Entry，并设计为链表方式，可在后面追加元素。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
...
}
要留意一点：Node 里面记录了数据项原始的 hash 值，一方面是减少计算 hash 的开销，另一方面的避免了因为 key 对象的修改导致的 hash 结果的变化。
但链表方式在追加或查找元素时速度比较慢，需要 O(n) 复杂度，因此 HashMap 在此基础上做了进一步的优化（jdk8），当一个链表的元素超过特定的数量 static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8，将列表转换为红黑树 ，而小于特定的个数 static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; 时重新转为链表。
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
...
}
TreeNode 扩展的 LinkedHashMap 里面的 Entry 而不只是 Node，使得它可以应用于带链接的节点。TreeMap 也是基于红黑树的结构，而 TreeMap 要求 key 实现 Comparable 接口，但是 HashMap 没有此要求，它通过 key 的 hash 值和 key 本身的 class 是否支持 Comparable 来进行查找
/**
* Finds the node starting at root p with the given hash and key.
* The kc argument caches comparableClassFor(key) upon first use
* comparing keys.
*/
final TreeNode<K,V> find(int h, Object k, Class<?> kc) {
TreeNode<K,V> p = this;
do {
int ph, dir; K pk;
TreeNode<K,V> pl = p.left, pr = p.right, q;
if ((ph = p.hash) > h) // 当前节点 hash 比 key 大，左子树
p = pl;
else if (ph < h) // 当前节点 hash 比 key 小，右子树
p = pr;
else if ((pk = p.key) == k || (k != null && k.equals(pk)))
return p; // 找到了
else if (pl == null)
p = pr; // hash 相等，只有右子树
else if (pr == null)
p = pl; // hash 相等，只有左子树
else if ((kc != null ||
(kc = comparableClassFor(k)) != null) &&
(dir = compareComparables(kc, k, pk)) != 0)
p = (dir < 0) ? pl : pr; // hash 相等，支持 Comparable
else if ((q = pr.find(h, k, kc)) != null)
return q;
else
p = pl;
} while (p != null);
return null;
}
在进行 put 和 remove 时，HashMap 对表项的元素数进行计算，自动转换。以下为 put 使用的 putVal 内部函数的部分代码
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
/* tab[hash & (tab.length - 1)] 位置有数据项时 */
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p; // 相同的key，后面直接替换value
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 红黑树
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash); // 转换为红黑树
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
...
}
}
当 HashMap 数据量较多，而表不变的话，会导致查找量加大，因此，HashMap 使用一个 loadFactor 变量来数据量占比到达多大时进行表扩容，这个值默认为 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; ，用 loadFactor * table.length 得到一个数据量阈值 threshold 就是衡量当前数据量是否需要进行扩容的指标。
扩容也不能无限扩容，HashMap 里面设置了最大容量为 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;（hashCode 为 int 类型，int 最大值为 2^31 -1）。到达表最大容量时，原来的表不变，只将 HashMap 的容量指标 threshold 改到 Interger.MAX_VALUE 。
扩容的 resize() 函数比较复杂，包括以下的流程：
1. 确定新容量，如果旧容量为0，则为默认的初始容量，否则为旧容量的2倍（左移1）
2. 创建新容量的表
3. 从旧表转移所有的的节点到新表
LinkedHashMap
LinkedHashMap 在 HashMap 的基础上，增加对顺序的记录（插入顺序或访问顺序 accessOrder）。这使用 LinkedHashMap 经常用来作为 LRU cache 的实现基础。
顺序的记录主要是通过 LinkedHashMap.Entry 实现：
static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
Entry<K,V> before, after;
...
}
before 指向此记录的前一记录，after 为此记录的后一记录，同时，LinkedHashMap 中记录了头部和尾部：
/**
* The head (eldest) of the doubly linked list.
*/
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> head;
/**
* The tail (youngest) of the doubly linked list.
*/
transient LinkedHashMap.Entry<K,V> tail;
每次进行修改时，需要同时处理 tail 指向的元素，以保证顺序记录准确。
