java容器-map的常用实现及原理

map是个key-value的存储结构，常用的实现有两种，HashMap和TreeMap。

HashMap

存储

hashmap是通过hash方式实现的map，底层存储在一个数组中。
我们来按照正常的操作模拟下hashmap的实现过程

Map map = new HashMap();

hashmap在初始化时，默认会创建一个长度为16的数组。

map.put(1, "A");

当我们调用put方法时，hashmap会获取key的hash值，如图红框，他会用key的hash与长度做一个与操作，算出的值就是数据存在数组的下标。


&和求余的比性能更高，但是因为是和数组的长度计算，所以要求数组长度必须是2^n，当我们初始化指定的长度不是2^n，它会如下图做一个转换。这时考点，注意记牢哦

hash碰撞

这就有种情况，当我们两个key算出的下标是一个位置时怎么办？
就是常说的hash碰撞，在jdk8之前，hashmap采用了链表的方式解决碰撞问题，当array[index]有值时就会把新数据作为一个链表的节点挂在上面。

这种方式就会存在链表明显的问题，时间复杂度O(n)，所以在jdk8之后就把链表改成了红黑树。具体实现可参考上图中的源码。但并不是hash一碰撞就是红黑树，而是在碰撞数小余8时，是链表，到8个时才会转化成红黑树（如下图），但如果map的数组小余64时，也是不会转化成树，而是进行一次扩容。

当我们调用map的put方法时，hashmap是用equals方法判断两个key是否相等，相等则覆盖，但因为需要用hash算下标，所以当我们想把对象做key时，既要重写equals方法，也要重写hashcode方法

扩容

既然hashmap底层使用数组存储，自然也要涉及到扩容的问题，我们看看hashmap时如何实现的。
hashmap计算新数组长度的方式就是用旧的长度向左移1位，其实就是新数组是旧数组的2倍。

什么时候扩容呢？
上面我们已经说了一种情况，就是碰撞数>=8，但数组小余64，这种时候会扩容。
第二种就是当存储的 数据个数> 数组长度*0.75(就是常说的加载因子)，默认的加载因子是0.75，我们在初始化hashmap时也是可以指定的。
扩容的方式就比较简单了，就是把旧数组中的数据重新计算hash（rehash）,然后放到新数组中，rehash是比较消耗性能的，所以我们要尽量减少rehash的出现。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap与HashMap的区别就是ConcurrentHashMap是线程安全的，具体的实现方式会在后面的文章中详细介绍。

LinkedHashMap

因为HashMap的key是无顺序的，当我们需要实现类似LRU算法功能时，就可以用到就可以用到LinkedHashMap为我们提供了一个有序的hashmap了，LinkedHashMap为我们提供了一个有序的hashmap，LinkedHashMap其实就是另外维护了一个链表，每次操作时，重新把节点放置到链表尾部，如图

这三个方法时HashMap专门给LinkedHashMap留的后门。

TreeMap

treemap是一个标准红黑树的实现，红黑树的原理太长，这里就先不讲了。相比hashmap，treemap是一个可以排序的map，但操作的时间复杂度O(logn)，比hashmap性能稍差，但没有扩容问题，所以如果需要有序的map，选择treemap，否则请使用hashmap

ConcurrentSkipListMap

ConcurrentSkipListMap是通过跳表实现的map，原理后面的数据结构章节再讲。
ConcurrentSkipListMap是一个线程安全且有序map，但操作的时间复杂度O(logn)，存储空间大约也需要2倍。
所以需要线程安全map，要求有序选择ConcurrentSkipListMap，否则选择ConcurrentHashMap