HashMap与ConcurrentHashMap
HashMap:
table变量：HashMap的底层数据结构，是Node类的实体数组，用于保存key-value对；***
capacity：并不是一个成员变量，但却是一个必须要知道的概念，表示容量；
size变量：表示已存储的HashMap的key-value对的数量；
loadFactor变量：装载因子，用于衡量满的程度；
threshold变量：临界值，当超出该值时，表示table表示该扩容了；
1.可实现快速存储和检索，但其缺点是其包含的元素是无序的，这导致它在存在大量迭代的情况下表现不佳。
扩容因子：0.75
默认容量：16
每次扩容：2的n次幂
2. putVal方法
通过putVal方法将传递的key-value对添加到数组table中。
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
/**
* 如果当前HashMap的table数组还未定义或者还未初始化其长度，则先通过resize()进行扩容,
* 返回扩容后的数组长度n
*/
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//通过数组长度与hash值做按位与&运算得到对应数组下标，若该位置没有元素，则new Node直接将新元素插入
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//否则该位置已经有元素了，我们就需要进行一些其他操作
else {
Node<K,V> e; K k;
//如果插入的key和原来的key相同，则替换一下就完事了
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
/**
* 否则key不同的情况下，判断当前Node是否是TreeNode,如果是则执行putTreeVal将新的元素插入
* 到红黑树上。
*/
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//如果不是TreeNode,则进行链表遍历
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
/**
* 在链表最后一个节点之后并没有找到相同的元素，则进行下面的操作，直接new Node插入，
* 但条件判断有可能转化为红黑树
*/
if ((e = p.next) == null) {
//直接new了一个Node
p.next = newNode(hash, key, value, null);
/**
* TREEIFY_THRESHOLD=8,因为binCount从0开始，也即是链表长度超过8（包含）时，
* 转为红黑树。
*/
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
/**
* 如果在链表的最后一个节点之前找到key值相同的（和上面的判断不冲突，上面是直接通过数组
* 下标判断key值是否相同），则替换
*/
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;
//onlyIfAbsent为true时:当某个位置已经存在元素时不去覆盖
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//最后判断临界值，是否扩容。
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
3. resize方法
HashMap通过resize()方法进行扩容，容量规则为2的幂次
/**
* Initializes or doubles table size. If null, allocates in
* accord with initial capacity target held in field threshold.
* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
* elements from each bin must either stay at same index, or move
* with a power of two offset in the new table.
*
* @return the table
*/
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
//以前的容量大于0，也就是hashMap中已经有元素了，或者new对象的时候设置了初始容量
if (oldCap > 0) {
//如果以前的容量大于限制的最大容量1<<30,则设置临界值为int的最大值2^31-1
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
/**
* 如果以前容量的2倍小于限制的最大容量，同时大于或等于默认的容量16，则设置临界值为以前临界值的2
* 倍，因为threshold = loadFactor*capacity，capacity扩大了2倍，loadFactor不变，
* threshold自然也扩大2倍。
*/
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
/**
* 在HashMap构造器Hash(int initialCapacity, float loadFactor)中有一句代码，this.threshold
* = tableSizeFor(initialCapacity)， 表示在调用构造器时，默认是将初始容量暂时赋值给了
* threshold临界值，因此此处相当于将上一次的初始容量赋值给了新的容量。什么情况下会执行到这句？当调用
* 了HashMap(int initialCapacity)构造器，还没有添加元素时
*/
else if (oldThr > 0)
newCap = oldThr;
/**
* 调用了默认构造器，初始容量没有设置，因此使用默认容量DEFAULT_INITIAL_CAPACITY（16），临界值
* 就是16*0.75
*/
else {
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//对临界值做判断，确保其不为0，因为在上面第二种情况(oldThr > 0)，并没有计算newThr
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
/**构造新表，初始化表中数据*/
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
//将刚创建的新表赋值给table
table = newTab;
if (oldTab != null) {
//遍历将原来table中的数据放到扩容后的新表中来
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
//没有链表Node节点，直接放到新的table中下标为【e.hash & (newCap - 1)】位置即可
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
//如果是treeNode节点，则树上的节点放到newTab中
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
//如果e后面还有链表节点，则遍历e所在的链表，
else { // 保证顺序
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
//记录下一个节点
next = e.next;
/**
* newTab的容量是以前旧表容量的两倍,因为数组table下标并不是根据循环逐步递增
* 的，而是通过（table.length-1）& hash计算得到，因此扩容后，存放的位置就
* 可能发生变化，那么到底发生怎样的变化呢，就是由下面的算法得到.
*
* 通过e.hash & oldCap来判断节点位置通过再次hash算法后，是否会发生改变，如
* 果为0表示不会发生改变，如果为1表示会发生改变。到底怎么理解呢，举个例子：
* e.hash = 13 二进制：0000 1101
* oldCap = 32 二进制：0001 0000
* &运算： 0 二进制：0000 0000
* 结论：元素位置在扩容后不会发生改变
*/
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
/**
* e.hash = 18 二进制：0001 0010
* oldCap = 32 二进制：0001 0000
* &运算： 32 二进制：0001 0000
* 结论：元素位置在扩容后会发生改变，那么如何改变呢？
* newCap = 64 二进制：0010 0000
* 通过(newCap-1)&hash
* 即0001 1111 & 0001 0010 得0001 0010，32+2 = 34
*/
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
/**
* 若(e.hash & oldCap) == 0，下标不变，将原表某个下标的元素放到扩容表同样
* 下标的位置上
*/
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
/**
* 若(e.hash & oldCap) != 0，将原表某个下标的元素放到扩容表中
* [下标+增加的扩容量]的位置上
*/
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
线程安全性 HashMap：不是线程安全的。在多线程环境下，当多个线程同时对HashMap进行插入、删除或修改操作时，可能会出现数据不一致、死循环等问题。 例如，在HashMap进行put操作时可能会触发扩容和链表 / 红黑树的转换操作，如果多个线程同时执行这些操作，就可能导致数据结构被破坏。 ConcurrentHashMap：是线程安全的。 在 Java 7 及以前，它通过分段锁（Segment）来实现并发控制，将ConcurrentHashMap分成多个段（Segment），每个段相当于一个独立的HashMap，不同线程可以同时访问不同段的数据，只有在访问同一段时才需要获取锁。 在 Java 8 及以后，采用了更细粒度的锁机制，使用CAS（比较与交换）操作和synchronized关键字相结合的方式，对哈希桶（bucket）进行并发控制，大大提高了并发性能。 性能特点 HashMap：在单线程环境下性能较好，因为没有复杂的并发控制机制，其put、get等操作的时间复杂度在理想情况下（不考虑哈希冲突）为。 但在多线程环境下，由于不具备线程安全性，不能直接用于多线程场景，否则可能会出现性能下降甚至错误。 ConcurrentHashMap：在多线程环境下性能出色，它能够有效利用多核处理器的优势，允许多个线程同时访问不同部分，实现高效的并发操作。 不过，在低并发或者单线程场景下，由于其复杂的内部机制，性能可能会稍逊于HashMap。 迭代器的行为 HashMap：在迭代过程中，如果对HashMap进行结构修改（如添加、删除元素），会抛出ConcurrentModificationException异常。 这是因为迭代器在创建时会记录HashMap的修改次数，当发现迭代过程中修改次数发生变化时，就会判定为并发修改，从而抛出异常。 ConcurrentHashMap：它的迭代器具有弱一致性。 在迭代过程中，允许其他线程对ConcurrentHashMap进行并发的读写操作。迭代器会尽量反映迭代开始时的状态，但不保证能够反映最新的修改。 例如，在迭代过程中，新添加的元素可能不会被迭代器遍历到，已经删除的元素也可能仍然会被遍历到，这是为了在保证一定数据一致性的前提下，不影响并发性能。 联系 数据结构基础 两者都是基于哈希表（Hash Table）的数据结构来实现的。它们都通过计算键（key）的哈希值来确定元素在数组中的存储位置（桶，bucket），当出现哈希冲突时，都有相应的解决方法。 在HashMap中，当哈希冲突较小时，采用链表法，将冲突的元素存储在同一个桶对应的链表中；当链表长度超过一定阈值（默认为 8）且数组长度达到一定条件时，会将链表转换为红黑树，以提高查找效率。 ConcurrentHashMap在 Java 8 及以后也采用了类似的结构，在哈希冲突时同样使用链表或红黑树来存储冲突元素。
HashMap 和 ConcurrentHashMap 都是 Java 中用于存储键值对的集合类，它们在很多场景下都有广泛的应用，但也存在着明显的区别和一定的联系，以下为你详细介绍： 联系 继承关系与接口实现：二者都继承自 AbstractMap 类，并且都实现了 Map 接口。这意味着它们都具备存储键值对的基本功能，提供了诸如 put、get、remove 等常用的操作方法，在使用方式上有一定的相似性。 功能目标一致：它们的主要目标都是存储和管理键值对数据，允许通过键来快速查找对应的值，在很多需要进行数据映射和查找的场景中都可以使用。 区别 线程安全性 HashMap：HashMap 不是线程安全的，在多线程环境下，如果多个线程同时对 HashMap 进行读写操作，可能会导致数据不一致、抛出 ConcurrentModificationException 异常甚至造成死循环等问题。例如，一个线程正在对 HashMap 进行扩容操作，而另一个线程同时进行插入操作，就可能会破坏数据结构。 ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap 是线程安全的，它在设计上采用了分段锁（JDK 7 及以前）或 CAS + synchronized（JDK 8 及以后）的机制来保证多线程环境下的并发访问安全。多个线程可以同时对 ConcurrentHashMap 进行读写操作，而不会出现数据不一致等问题。 性能表现 HashMap：在单线程环境下，由于没有线程同步的开销，HashMap 的性能通常比较高，读写操作的时间复杂度都是 O (1)（平均情况下）。 ConcurrentHashMap：在多线程环境下，ConcurrentHashMap 的性能要优于 HashMap。因为它通过锁分段或 CAS 等机制，允许多个线程同时访问不同的部分，从而提高了并发性能。但在单线程环境下，由于 ConcurrentHashMap 存在一定的同步开销，性能可能会略低于 HashMap。 锁机制 HashMap：没有任何锁机制，不提供线程同步功能。 ConcurrentHashMap： JDK 7 及以前：采用分段锁机制，将整个哈希表分成多个段（Segment），每个段相当于一个小的 HashMap，不同的段可以被不同的线程同时访问，只有在访问同一个段时才需要进行同步，从而提高了并发性能。 JDK 8 及以后：摒弃了分段锁，采用 CAS + synchronized 来实现并发控制。当发生哈希冲突时，会将链表转换为红黑树（当链表长度大于 8 且数组长度大于 64 时），并使用 synchronized 对节点进行加锁，粒度更细，进一步提高了并发性能。 迭代器的一致性 HashMap：HashMap 的迭代器是快速失败（fail - fast）的，这意味着当在迭代过程中发现 HashMap 的结构被修改（如插入、删除元素等），会立即抛出 ConcurrentModificationException 异常。 ConcurrentHashMap：ConcurrentHashMap 的迭代器是弱一致（weakly - consistent）的，它可以容忍在迭代过程中其他线程对 ConcurrentHashMap 的结构进行修改，不会抛出 ConcurrentModificationException 异常，但可能会反映出迭代器创建之后的部分修改。
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