带着问题学Java:2.Java中的Map

图片参考自：http://blog.csdn.net/zhangerqing/article/details/8122075

本篇分析以jdk8为准

首先来看Map的定义：

 * An object that maps keys to values.  A map cannot contain duplicate keys;
 * each key can map to at most one value.
 *
 * <p>This interface takes the place of the <tt>Dictionary</tt> class, which
 * was a totally abstract class rather than an interface.
 *
 * <p>The <tt>Map</tt> interface provides three <i>collection views</i>, which
 * allow a map's contents to be viewed as a set of keys, collection of values,
 * or set of key-value mappings.  The <i>order</i> of a map is defined as
 * the order in which the iterators on the map's collection views return their
 * elements.  Some map implementations, like the <tt>TreeMap</tt> class, make
 * specific guarantees as to their order; others, like the <tt>HashMap</tt>
 * class, do not.

Map提供了一种可以通过key映射value的对象，在这种对象里边，是不允许出现重复的key的，每个key也最多只能映射一个value.Map这个接口使用来取代

Dictinary这个抽象类的。这个抽象类在我们看到hashtable的时候会再次提及。Map这个接口提供了三种集合视图，就是说一个map的内容视图可以通过三种方式获取，哪三种呢？第一种是一系列的的key，第二种是一个集合形式的value,第三种是k-v映射。而元素顺序被定义为这个map的集合视图通过迭代器返回元素时的顺序比如HashMap这样。像TreeMap有自己更特殊的顺序。

1.HashMap有什么特点？

看官方注释：

 * Hash table based implementation of the <tt>Map</tt> interface.  This
 * implementation provides all of the optional map operations, and permits
 * <tt>null</tt> values and the <tt>null</tt> key.  (The <tt>HashMap</tt>
 * class is roughly equivalent to <tt>Hashtable</tt>, except that it is
 * unsynchronized and permits nulls.)  This class makes no guarantees as to
 * the order of the map; in particular, it does not guarantee that the order
 * will remain constant over time.

HashMap是基于hash表实现Map接口的一个实现类。这个实现类提供了全部的map可选操作。并且允许空值和空键的储存。HashMap大致相当于一个hashtable，区别在于HashMap是不加锁的而且允许key为null存在的。HashMap不保证map中数据的保存数据，尤其是不保证每次的顺序都相同。

2.HashMap的数据是如何保存的？

HashMap用一种非常巧妙的方式实现了数组，链表（在JDK8中，HashMap又引入了红黑树）的结合。

数组在空间上是连续的，查询快，但是增删慢，链表在空间上是分散的，查询慢，但是增删改却很方便。Hash表兼顾了两种数据结构的特点，在保证了较快的查询速度的同时，对数据的增删改速度也很快。HashMap存储数据的方式就是Hash表的一种实现方式，称为拉链法。

在上图我们可以看到，当数据保存进来以后，是挂载在数组的不同索引下的。

当数据进行插入时，首先对获取key的hash值，然后让这个值对数组长度进行取余运算，比如A,B,C三个key的hash值都为12，它们的数据就全都保存在角标为12的这个索引下边。这就是hash碰撞，为了更好的解决这个问题，所以才引入了平衡因子。同时当每个链表中数据大于8个，自动扩展为红黑树结构。数组的中并没有存储真正的数据，它只存储一个链表的头节点，真正的数据保存在一个Entity数组中，它有三部分构成（也可以看成两部分），一个k-v，以及一个next，next永远指向下一个数据的地址。这样就把同一数组下标下的元素串联起来。

 3.hashmap如何处理key可以为null吗？value可以为null吗？它是如何处理这些情况的？

hashmap的key可以为null,value也可以为null

    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

 static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

    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 {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            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);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

①.判断键值对数组table[i]是否为空或为null，否则执行resize()进行扩容；

②.根据键值key计算hash值得到插入的数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如果table[i]不为空，转向③；

③.判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value，否则转向④，这里的相同指的是hashCode以及equals；

④.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向⑤；

⑤.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

⑥.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。

图片和流程引自：http://www.importnew.com/20386.html

如果键是null,我们首先得到调用hash(key),得到hash为0，去查询table[0]这个元素存不存在，果不存在，直接覆盖。

当这个key不存在时，先看下这个存储结构是不是链表，如果是链表，看看插入后长度大不大于8，如果大于，结构变成红黑树，然后插入这个数据。如果不大于，就直接在链表

第一个位置插入这个null的key.

可见，key为null在节点链表中总是排第一个。对value和key都没用限制，都可以为null.

4.hashtable中key可以为null吗？value可以为null吗？为什么会这样？

hashtable中key和value都是不可以为null的。

    public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // Makes sure the key is not already in the hashtable.
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }

        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

首先先说value,如果value为null,那么在执行时直接就报空指针异常。

那么key呢？key.hashCode()这个方法继承自Object类，这个方法最大的一个特点是没有办法对Null进行hash.所以如果hashtable中如果给key赋值为null,虽然编译时不报错，但是

程序一旦运行就会抛出空指针异常。所以，hashmap在处理key为null时，用三元运算符进行比较，如果key为null，直接将返回0，也就保证了null所在的key永远在链表第一位。

 5.hashmap是线程不安全的，号称线程安全的concurrenthashmap它的key和value可以为null吗？

    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());

key和value都不允许为null,否则直接报空指针异常。