(转)HashMap深入原理解析
equals与“==”（可以参考自己的另一篇博文）
基础知识
1，基本数据类型（byte，short，char，int，long，float，double，boolean）
使用“==” 对比的是具体的值是否相等
2，复合数据类型
“== ”对比的是内存中存放的地址
object中的equals初始行为是比较内存中的地址，但在一些类库中被覆盖掉了如（String，Integer，Date等）
故对于复合数据类型使用equals进行比较，未进行覆写的比较的是内存地址，覆写的一般是比较具体的值
注：equals的底层实现
- /** 默认同==，直接比较对象 */
- public boolean equals(Object obj) {
- return (this == obj);
重写equals要满足几个条件：
自反性：对于任何非空引用值x，x.equals(x) 都应返回 true。
对称性：对于任何非空引用值 x 和 y，当且仅当y.equals(x) 返回 true 时，x.equals(y) 才应返回 true。
传递性：对于任何非空引用值 x、y 和 z，如果x.equals(y) 返回 true，并且 y.equals(z) 返回 true，那么 x.equals(z) 应返回 true。
一致性：对于任何非空引用值 x 和 y，多次调用x.equals(y) 始终返回 true 或始终返回 false，前提是对象上 equals 比较中所用的信息没有被修改。
对于任何非空引用值x，x.equals(null) 都应返回 false。
对于重写equals就要重写hashCode的问题，可参考博客
HashMap的长度为什么要是2的n次方
/** * "按位与"来获取数组下标 */ static int indexFor(int h, int length) { return h & (length - 1); }
当容量一定是2^n时，h & (length - 1) == h % length
位运算比取余高效且未2的n次方时候能够有效的减少碰撞
hashmap常见问题汇总
hashmap头插法和尾插法区别_一个跟面试官扯皮半个小时的HashMap
关于hashmap的讲解也比较多，可以参考
HashMap 的 21 连击（附答案）！一招下来你还有多少血？
HashMap 的 21 连击（附答案）！一招下来你还有多少血？
1：HashMap 的数据结构？
A：哈希表结构（链表散列：数组+链表）实现，结合数组和链表的优点。
JDK1.8 之后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（默认为 8）（将链表转换成红黑树前会判断，如果当前数组的长度小于 64，那么会选择先进行数组扩容，而不是转换为红黑树）时，将链表转化为红黑树，以减少搜索时间。
transient Node<K,V>[] table;
2：HashMap 的工作原理？
HashMap 底层是 hash 数组和单向链表实现，数组中的每个元素都是链表，由 Node 内部类（实现 Map.Entry<K,V>接口）实现，HashMap 通过 put & get 方法存储和获取。
存储对象时，将 K/V 键值传给 put() 方法：
①、调用 hash(K) 方法计算 K 的 hash 值，然后结合数组长度，计算得数组下标；
②、调整数组大小（当容器中的元素个数大于 capacity * loadfactor 时，容器会进行扩容resize 为 2n）；③、i.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中不存在，则执行插入，若存在，则发生碰撞； ii.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它们两者 equals 返回 true，则更新键值对； iii. 如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它们两者 equals 返回 false，则插入链表的尾部（尾插法）或者红黑树中（树的添加方式）。
（JDK 1.7 之前使用头插法、JDK 1.8 使用尾插法） （注意：当碰撞导致链表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 时，就把链表转换成红黑树）
获取对象时，将 K 传给 get() 方法：①、调用 hash(K) 方法（计算 K 的 hash 值）从而获取该键值所在链表的数组下标；②、顺序遍历链表，equals()方法查找相同 Node 链表中 K 值对应的 V 值。
hashCode 是定位的，存储位置；equals是定性的，比较两者是否相等。
3.当两个对象的 hashCode 相同会发生什么？
因为 hashCode 相同，不一定就是相等的（equals方法比较），所以两个对象所在数组的下标相同，"碰撞"就此发生。又因为 HashMap 使用链表存储对象，这个 Node 会存储到链表中。
4.你知道 hash 的实现吗？为什么要这样实现？
JDK 1.8 中，是通过 hashCode() 的高 16 位异或低 16 位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是从速度，功效和质量来考虑的，减少系统的开销，也不会造成因为高位没有参与下标的计算，从而引起的碰撞。
5.为什么要用异或运算符？
保证了对象的 hashCode 的 32 位值只要有一位发生改变，整个 hash() 返回值就会改变。尽可能的减少碰撞。
6.HashMap 的 table 的容量如何确定？loadFactor 是什么？该容量如何变化？这种变化会带来什么问题？
①、table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的，默认是16，也可以构造时传入，最大限制是1<<30；
②、loadFactor 是装载因子，主要目的是用来确认table 数组是否需要动态扩展，默认值是0.75，比如table 数组大小为 16，装载因子为 0.75 时，threshold 就是12，当 table 的实际大小超过 12 时，table就需要动态扩容；
③、扩容时，调用 resize() 方法，将 table 长度变为原来的两倍（注意是 table 长度，而不是 threshold）
④、如果数据很大的情况下，扩展时将会带来性能的损失，在性能要求很高的地方，这种损失很可能很致命。
7.HashMap中put方法的过程？
- 答：“调用哈希函数获取Key对应的hash值，再计算其数组下标；
- 如果没有出现哈希冲突，则直接放入数组；如果出现哈希冲突，则以链表的方式放在链表后面；
- 如果链表长度超过阀值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把链表转成红黑树，链表长度低于6，就把红黑树转回链表;
- 如果结点的key已经存在，则替换其value即可；
- 如果集合中的键值对大于12，调用resize方法进行数组扩容。”
8.数组扩容的过程？
创建一个新的数组，其容量为旧数组的两倍，并重新计算旧数组中结点的存储位置。结点在新数组中的位置只有两种，原下标位置或原下标+旧数组的大小。
9.拉链法导致的链表过深问题为什么不用二叉查找树代替，而选择红黑树？为什么不一直使用红黑树？
之所以选择红黑树是为了解决二叉查找树的缺陷，二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构（这就跟原来使用链表结构一样了，造成很深的问题），遍历查找会非常慢。而红黑树在插入新数据后可能需要通过左旋，右旋、变色这些操作来保持平衡，引入红黑树就是为了查找数据快，解决链表查询深度的问题，我们知道红黑树属于平衡二叉树，但是为了保持“平衡”是需要付出代价的，但是该代价所损耗的资源要比遍历线性链表要少，所以当长度大于8的时候，会使用红黑树，如果链表长度很短的话，根本不需要引入红黑树，引入反而会慢。
10.说说你对红黑树的见解？
- 1、每个节点非红即黑
- 2、根节点总是黑色的
- 3、如果节点是红色的，则它的子节点必须是黑色的（反之不一定）
- 4、每个叶子节点都是黑色的空节点（NIL节点）
- 5、从根节点到叶节点或空子节点的每条路径，必须包含相同数目的黑色节点（即相同的黑色高度）
11.jdk8中对HashMap做了哪些改变？
- 在java 1.8中，如果链表的长度超过了8，那么链表将转换为红黑树。（桶的数量必须大于64，小于64的时候只会扩容）
- 发生hash碰撞时，java 1.7 会在链表的头部插入，而java 1.8会在链表的尾部插入
- 在java 1.8中，Entry被Node替代(换了一个马甲)。
12.HashMap，LinkedHashMap，TreeMap 有什么区别？
HashMap 参考其他问题；
LinkedHashMap 保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历时，先取到的记录肯定是先插入的；遍历比 HashMap 慢；
TreeMap 实现 SortMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序（默认按键值升序排序，也可以指定排序的比较器）
13.HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景？
一般情况下，使用最多的是 HashMap。
HashMap：在 Map 中插入、删除和定位元素时；
TreeMap：在需要按自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下；
LinkedHashMap：在需要输出的顺序和输入的顺序相同的情况下。
reeMap 是按照 Key 的自然顺序或者 Comprator 的顺序进行排序，内部是通过红黑树来实现。所以要么 key 所属的类实现 Comparable 接口，或者自定义一个实现了 Comparator 接口的比较器，传给 TreeMap 用户 key 的比较。
14.HashMap 和 HashTable 有什么区别？
①、HashMap 是线程不安全的，HashTable 是线程安全的；
②、由于线程安全，所以 HashTable 的效率比不上 HashMap；
③、HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null，而 HashTable不允许；
④、HashMap 默认初始化数组的大小为16，HashTable 为 11，前者扩容时，扩大两倍，后者扩大两倍+1；
⑤、HashMap 需要重新计算 hash 值，而 HashTable 直接使用对象的 hashCode
15.Java 中的另一个线程安全的与 HashMap 极其类似的类是什么？同样是线程安全，它与 HashTable 在线程同步上有什么不同？
ConcurrentHashMap 类（是 Java并发包 java.util.concurrent 中提供的一个线程安全且高效的 HashMap 实现）。
HashTable 是使用 synchronize 关键字加锁的原理（就是对对象加锁）；
而针对 ConcurrentHashMap，在 JDK 1.7 中采用 分段锁的方式；JDK 1.8 中直接采用了CAS（无锁算法）+ synchronized。
16.HashMap & ConcurrentHashMap 的区别？
除了加锁，原理上无太大区别。另外，HashMap 的键值对允许有null，但是ConCurrentHashMap 都不允许。
17.为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高？
HashTable 使用一把锁（锁住整个链表结构）处理并发问题，多个线程竞争一把锁，容易阻塞；
ConcurrentHashMap
-
JDK 1.7 中使用分段锁（ReentrantLock + Segment + HashEntry），相当于把一个 HashMap 分成多个段，每段分配一把锁，这样支持多线程访问。锁粒度：基于 Segment，包含多个 HashEntry。
-
JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树。锁粒度：Node（首结点）（实现 Map.Entry<K,V>）。锁粒度降低了。
18.针对 ConcurrentHashMap 锁机制具体分析（JDK 1.7 VS JDK 1.8）？
JDK 1.7 中，采用分段锁的机制，实现并发的更新操作，底层采用数组+链表的存储结构，包括两个核心静态内部类 Segment 和 HashEntry。
①、Segment 继承 ReentrantLock（重入锁） 用来充当锁的角色，每个 Segment 对象守护每个散列映射表的若干个桶；
②、HashEntry 用来封装映射表的键-值对；
③、每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表
JDK 1.8 中，采用Node + CAS + Synchronized来保证并发安全。取消类 Segment，直接用 table 数组存储键值对；当 HashEntry 对象组成的链表长度超过 TREEIFY_THRESHOLD 时，链表转换为红黑树，提升性能。底层变更为数组 + 链表 + 红黑树。
19.ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中，为什么要使用内置锁 synchronized 来代替重入锁 ReentrantLock？
①、粒度降低了；
②、JVM 开发团队没有放弃 synchronized，而且基于 JVM 的 synchronized 优化空间更大，更加自然。
③、在大量的数据操作下，对于 JVM 的内存压力，基于 API 的 ReentrantLock 会开销更多的内存。
20.ConcurrentHashMap 简单介绍？
①、重要的常量：
private transient volatile int sizeCtl;
当为负数时，-1 表示正在初始化，-N 表示 N - 1 个线程正在进行扩容；
当为 0 时，表示 table 还没有初始化；
当为其他正数时，表示初始化或者下一次进行扩容的大小。
②、数据结构：
Node 是存储结构的基本单元，继承 HashMap 中的 Entry，用于存储数据；
TreeNode 继承 Node，但是数据结构换成了二叉树结构，是红黑树的存储结构，用于红黑树中存储数据；
TreeBin 是封装 TreeNode 的容器，提供转换红黑树的一些条件和锁的控制。
③、存储对象时（put() 方法）： 1.如果没有初始化，就调用 initTable() 方法来进行初始化； 2.如果没有 hash 冲突就直接 CAS 无锁插入； 3.如果需要扩容，就先进行扩容； 4.如果存在 hash 冲突，就加锁来保证线程安全，两种情况：一种是链表形式就直接遍历到尾端插入，一种是红黑树就按照红黑树结构插入； 5.如果该链表的数量大于阀值 8，就要先转换成红黑树的结构，break 再一次进入循环 6.如果添加成功就调用 addCount() 方法统计 size，并且检查是否需要扩容。
④、扩容方法 transfer()：默认容量为 16，扩容时，容量变为原来的两倍。
helpTransfer()：调用多个工作线程一起帮助进行扩容，这样的效率就会更高。
⑤、获取对象时（get()方法）：
1.计算 hash 值，定位到该 table 索引位置，如果是首结点符合就返回；
2.如果遇到扩容时，会调用标记正在扩容结点 ForwardingNode.find()方法，查找该结点，匹配就返回；
3.以上都不符合的话，就往下遍历结点，匹配就返回，否则最后就返回 null。
21.ConcurrentHashMap 的并发度是什么？
程序运行时能够同时更新 ConccurentHashMap 且不产生锁竞争的最大线程数。默认为 16，且可以在构造函数中设置。当用户设置并发度时，ConcurrentHashMap 会使用大于等于该值的最小2幂指数作为实际并发度（假如用户设置并发度为17，实际并发度则为32）
JAVA HASHMAP的死循环
发生在多线程resize过程中，扩容后链表的连接过程和扩容前相反，形成死循环
ps：图文介绍很详细，还是好理解的
头插改尾插，我个人认为有几方面考虑
1.头插法在并发下有致命问题，就是可能形成数据环，get 数据时死循环
而在 1.8 之前因为处理 hash 冲突的方式是用链表存放数据，使用头插法可以提升一定效率。
但是在 1.8 之后这个效率提升就可有可无了，链表长度超过 7 就要考虑升级红黑树了，所以哪怕进行尾插遍历次数也会很有限，效率影响不大。
2.就是因为 1.8 之后数据结构的变动，当链表长度达到阈值，升级为红黑树后头插法就不适用了，因为构建红黑树需要进行比对更新序列，也就不能去说是头插法还是尾插了
HashMap 的 7 种遍历方式与性能分析！
iterator 中遍历entryset效率比遍历keyset快一倍，因为keyset获取到key后 在通过key获取map还需要遍历一次
hashmap和currenthashmap总结
ConcurrentHashMap
深入解析ConcurrentHashMap：感受并发编程智慧
对于使用CAS+synchronized有详细的介绍，好好阅读
ConcurrentHashMap并没有直接采用上锁的方式，而是采用CAS+自旋锁的方式，提高了性能。自旋锁保证了只有一个线程能真正初始化数组，同时又无需承担synchronize的高昂代价，一举两得。
Java7/8 中的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 全解析
ps：可以参考
ConcurrentHashMap 1.8为什么要使用CAS+Synchronized取代Segment+ReentrantLock？？
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。
- 底层数据结构： JDK1.7 的
ConcurrentHashMap底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。Hashtable和 JDK1.8 之前的HashMap的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的； - 实现线程安全的方式（重要）： ① 在 JDK1.7 的时候，
ConcurrentHashMap（分段锁） 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用synchronized和 CAS 来操作。（JDK1.6 以后 对synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的HashMap，虽然在 JDK1.8 中还能看到Segment的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；②Hashtable(同一把锁) :使用synchronized来保证线程安全，效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。
两者的对比图：
Hashtable:
JDK1.7 的 ConcurrentHashMap：
JDK1.8 的 ConcurrentHashMap：
JDK1.8 的 ConcurrentHashMap 不再是 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表，而是 Node 数组 + 链表 / 红黑树。不过，Node 只能用于链表的情况，红黑树的情况需要使用 TreeNode。当冲突链表达到一定长度时，链表会转换成红黑树。
#ConcurrentHashMap 线程安全的具体实现方式/底层具体实现
#JDK1.7（上面有示意图）
首先将数据分为一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。
ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和 HashEntry 数组结构组成。
Segment 实现了 ReentrantLock,所以 Segment 是一种可重入锁，扮演锁的角色。HashEntry 用于存储键值对数据。
static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable { }
一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组。Segment 的结构和 HashMap 类似，是一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个链表结构的元素，每个 Segment 守护着一个 HashEntry 数组里的元素，当对 HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的 Segment 的锁。
#JDK1.8 （上面有示意图）
ConcurrentHashMap 取消了 Segment 分段锁，采用 CAS 和 synchronized 来保证并发安全。数据结构跟 HashMap1.8 的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。Java 8 在链表长度超过一定阈值（8）时将链表（寻址时间复杂度为 O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为 O(log(N))）
synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要 hash 不冲突，就不会产生并发，效率又提升 N 倍。
ConcurrentHashMap的get()方法需要加锁吗？
不需要，get操作可以无锁是由于Node的元素val和指针next是用volatile修饰的，在多线程环境下线程A修改结点的val或者新增节点的时候是对线程B可见的。
ConcurrentHashMap中的key和value可以为null吗？为什么？
ConcurrentHashMap的key value不能为null，map可以？
ps：分析的很容易理解
源码
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
二义性
假定ConcurrentHashMap也可以存放value为null的值。那不管是HashMap还是ConcurrentHashMap调用map.get(key)的时候，如果返回了null，那么这个null，都有两重含义:
1.这个key从来没有在map中映射过。
2.这个key的value在设置的时候，就是null。
为什么map允许value=null
对于HashMap的正确使用场景是在单线程下使用。
在单线程中，当我们得到的value是null的时候，我可以用hashMap.containsKey(key)方法来区分上面说的两重含义。
所以当map.get(key)返回的值是null，在HashMap中虽然存在二义性，但是结合containsKey方法可以避免二义性。
原始回答
不可以，因为源码中是这样判断的，进行put()操作的时候如果key为null或者value为null，会抛出NullPointerException空指针异常。
。用作者的话说就是：在Maps或者Sets集合中允许null值的存在，就是公开邀请错误进入你的程序。而这些错误，只有在发生错误的情况下才能被发现。
追问：那么源码为什么要这么设计呢？
如果ConcurrentHashMap中存在一个key对应的value是null，那么当调用map.get(key)的时候，必然会返回null，那么这个null就有两个意思：
- 这个key从来没有在map中映射过，也就是不存在这个key；
- 这个key是真实存在的，只是在设置key的value值的时候，设置为null了；
这个二义性在非线程安全的HashMap中可以通过map.containsKey(key)方法来判断，如果返回true，说明key存在只是对应的value值为空。如果返回false，说明这个key没有在map中映射过。这样是为什么HashMap可以允许键值为null的原因，但是ConcurrentHashMap只用这个判断是判断不了二义性的。
追问：说说为什么ConcurrentHashMap判断不了呢？
此时如果有A、B两个线程，A线程调用ConcurrentHashMap.get(key)方法返回null，但是我们不知道这个null是因为key没有在map中映射还是本身存的value值就是null，此时我们假设有一个key没有在map中映射过，也就是map中不存在这个key，此时我们调用ConcurrentHashMap.containsKey(key)方法去做一个判断，我们期望的返回结果是false。但是恰好在A线程get(key)之后，调用constainsKey(key)方法之前B线程执行了ConcurrentHashMap.put(key,null)，那么当A线程执行完containsKey(key)方法之后我们得到的结果是true，与我们预期的结果就不相符了。
至于ConcurrentHashMap中的key为什么也不能为null的问题，ConcurrentHashMap的作者Doug Lea认为map中允许键值为null是一种不合理的设计，HashMap虽然可以判断二义性，但是Doug Lea仍然觉得这样设计是不合理的。
