HashMap

针对各个实现类的特点做一些说明：

(1) HashMap：它根据键的hashCode值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。HashMap非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有线程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

(2) Hashtable：Hashtable是遗留类，很多映射的常用功能与HashMap类似，不同的是它承自Dictionary类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写Hashtable，并发性不如ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap引入了分段锁。Hashtable不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换。

(3) LinkedHashMap：LinkedHashMap是HashMap的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用Iterator遍历LinkedHashMap时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。

(4) TreeMap：TreeMap实现SortedMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用TreeMap。在使用TreeMap时，key必须实现Comparable接口或者在构造TreeMap传入自定义的Comparator，否则会在运行时抛出java.lang.ClassCastException类型的异常。

对于上述四种Map类型的类，要求映射中的key是不可变对象。不可变对象是该对象在创建后它的哈希值不会被改变。如果对象的哈希值发生变化，Map对象很可能就定位不到映射的位置了。

通过上面的比较，我们知道了HashMap是Java的Map家族中一个普通成员，鉴于它可以满足大多数场景的使用条件，所以是使用频度最高的一个。下文我们主要结合源码，从存储结构、常用方法分析、扩容以及安全性等方面深入讲解HashMap的工作原理。

一 构造函数

1.1 HashMap(int initialCapacity)

public HashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }

这个构造方法调用了1.2中的构造方法。

1.2 HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)

//构造一个初始容量为initialCapacity，负载因子为loadFactor的hashMap

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);
        this.loadFactor = loadFactor;
        this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
    }

设定threshold，这个threshold = capacity * load factor。当HashMap的size到了 threshold时，就要进行resize,也就是扩容。
tableSizeFor()的主要功能是返回一个比给定整数大且最接近的2的幂次方整数,如给定10,返回2的4次方16. 
我们进入tableSizeFor(int cap) 的源码中看看:

static final int tableSizeFor(int cap) {
        int n = cap - 1;
        n |= n >>> 1;
        n |= n >>> 2;
        n |= n >>> 4;
        n |= n >>> 8;
        n |= n >>> 16;
        return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
    }

详细请看：https://www.jianshu.com/p/ee0de4c99f87

1.3 HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)

public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
        putMapEntries(m, false);
    }

直接看putMapEntries(m, false)源码：

//将m的所有元素存入HashMap中
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
        int s = m.size();
        if (s > 0) {
            if (table == null) { // pre-size
                float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
                int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
                         (int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
                if (t > threshold)
                    threshold = tableSizeFor(t);
            }
            else if (s > threshold)
                resize();
            for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
                K key = e.getKey();
                V value = e.getValue();
                putVal(hash(key), key, value, false, evict);
            }
        }
    }

putVal的源码：

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 {
            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;
    }

resize()源码：

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        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"})
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

注: hash 冲突发生的几种情况:
1.两节点key值相同(hash值一 定相同)，导致冲突;
2.两节点key值不同，由于hash函数的局限性导致hash值相同，冲突;
3.两节点key值不同，hash 值不同，但hash值对数组长度取模后相同，冲突;

二，为啥是线程不安全的？

1. put的时候导致多线程数据不一致
比如有两个线程A和B，首先A希望插入一个key-value对到HashMap中,首先计算记录所要落到
的hash桶的索引坐标，然后获取到该桶里面的链表头结点，此时线程A的时间片用完了，而此
时线程B被调度得以执行，和线程A-样执行，不过线程B成功将记录插到了桶里面，假设线
程A插入的记录计算出来的hash桶索弓|和线程B要插入的记录计算出来的hash桶索引是-样
的，那么当线程B成功插入之后,线程A再次被调度运行时，它依然持有过期的链表头但是它对
此一无所知，以至于它认为它应该这样做，如此一来就覆盖了线程B插入的记录，这样线程B插
入的记录就凭空消失了，造成了数据不一致的行为。
2. resize而引|起死循环
这种情况发生在HashMap自动扩容时，当2个线程同时检测到元素个数超过数组大小x负载因
子。此时2个线程会在put(方法中调用了resize(),两个线程同时修改-个链表结构会产生-个
循环链表(JDK1.7中, 会出现resize前后元素顺序倒置的情况)。接下来再想通过get()获取某
一个元愫，就会出现死循环。

三 HashMap和HashTable的区别

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，但决定用哪一个之 前先要弄清楚它们之间的分别。主要
的区别有:线程安全性,同步(synchronization), 以及速度。
1. HashMap几乎可以等价于Hashtable,除了HashMap是非synchronized的,
可以接受为null的键值(key)和值(value)，而Hashtable则不行。
2. HashMap是非synchronized,而Hashtable是synchronized, 这意味着Hashtable是线程安全
的，多个线程可以共享一个Hashtable; 而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享
HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap,它是HashTable的替代， 比HashTable的扩 展
性更好。

3.另一个区别是HashMap的迭代器(lterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器
不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构(增加或者移除元素)，将会抛出
ConcurrentModificationException,但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出
ConcurrentModificationException异常。这并不是一个发生的行为，要看JVM。这条同
样也是Enumeration和Iterator的区别。
4.由于Hashtable是线程安全的也是synchronized,所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如
果你不需要同步，只需要单一线程, 那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
5. HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

注意一下重要术语：

1. sychronized意味着在一次仅有一个线程能够更改Hashtable。就是说任何线程要更新Hashtable
时要首先获得同步锁，其他线程要等到同步锁被释放之后才能再次获得同步锁更新Hashtable。
2. Fail-safe和iterator迭代器相关。如果某个集合对象创建了Iterator或者Listlterator,然后其它的
线程试图"结构上”更改集合对象，将会抛出ConcurrentModificationException异常。但其它线
程可以通过set()方法更改集合对象是允许的，因为这并没有从“结构上”更改集合。但是假如已
经从结构上进行了更改,再调用set()方法, 将会抛出llgalArgumentException异常。
3.结构上的更改指的是删除或者插入一个素，这样会影响到map的结构。