HashMap原理

HashMap由哪些数据结构维持?

查看HashMap源码可知存放key-value的是一个Node<K,V>对象数组，Node内有4个成员变量，key,value,hash,nextNode。nextNode可能是一个普通的Node,那么此时它就是一个链表，也可能是Node的子类TreeNode，一个红黑树，即HashMap的数据结构实际上是由数组、链表、红黑树来维持。

为什么不使用List<Node<K,V>>来存放key-value数据?

如果使用list，插入的时候需要遍历所有Node,判断node的key是否存在。取出的时候也需要从头遍历直到遇到相同的key,才会停止。
而HashMap中Node数组，插入的下标位置是与key的hashcode有关。

HashMap如何存放key-value？

一般hashcode值常常超过数组大小size值，所以就要把hashcode转为二进制取二进制的后几位，具体算法是将hashcode二进制值位与运算&(size-1)，（这个算法的前提是size只能是2的n次方大小，这样size-1的二进制值就为0111111...）但是为了尽可能地将node存放在不同数组下标位置上，hashMap中优化后的算法如下：

return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

通过这个算法得出的hash值即为node中的hash，而存放在数组中位置即为hash&(size-1)。
即使有算法优化，hash还是会出现相同，此时就会把这个要存放的node作为起始位置node的nextNode，形成链表结构。为了防止链表无限延伸导致存取node的复杂度变高，当链表延伸个数等于8时，此时链表结构将转换为红黑树treeNode。而红黑树的节点小于等于6时则会转回链表结构（发生场景：hashMap扩容后会拆分链表和红黑树，此时可能会发生）。

    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; //resize()方法会初始化数组，或扩容数组
        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)))) //相同key,则替换node对象
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode) //node为treeNode，则作为红黑树存放
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else { //作为链表存放
                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 //链表长度为8时转为红黑树
                            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; //修改计数器
        if (++size > threshold) //大于数组大小的0.75倍时开始扩容
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

HashMap如何进行扩容的?

前文说到数组大小要保持2的n次方大小，此时直接位运算左移1位对数组扩容。
然后根据新的size大小计算下标存放在相应位置，有链表结构和红黑树结构的即nextNode不为空的node会进行拆分。拆分规则算法是hash值与原size位与&运算不为0，为0的数组下标不变，不为0的数组下标为原下标+原数组长度。原因是运算不为0的hash根据新数组大小重新计算下标等于原下标+原数组长度。

if ((e = oldTab[j]) != null) {
            oldTab[j] = null;
            if (e.next == null)
                newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
            else if (e instanceof HashMap.TreeNode)
                ((HashMap.TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
            else { // preserve order
                HashMap.Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                HashMap.Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                HashMap.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;
                }
            }
        }

ConcurrentHashMap如何保证线程安全，在哪些地方使用的同步？

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