JDK1.8对HashMap的优化、以及通过源码解析1,8扩容机制

JDK 1.8 对 HashMap 进行了一些优化，主要包括以下几个方面的改进：

红黑树 ：在 JDK 1.8 中，当哈希碰撞（多个键映射到同一个桶）达到一定程度时，HashMap 会将链表转化为红黑树，以提高查找、插入和删除操作的性能。这个改进在处理大规模数据时特别有用，因为红黑树的复杂度为 O(log n)。
桶的树化和解树化 ：HashMap 在桶的树化和解树化过程中进行了优化，以提高性能。桶的树化指的是当链表长度达到一定阈值时，将链表转换为红黑树；而桶的解树化指的是当红黑树的节点数小于一定阈值时，将红黑树恢复成链表。这些优化可以减少树化和解树化的开销。
负载因子 ：在 JDK 1.8 中，负载因子默认值变为 0.75。负载因子表示在什么情况下 HashMap 应该进行扩容，这个值的选择可以影响性能和空间利用率。0.75 是一个折衷的选择，可以降低哈希冲突的可能性，同时也不会浪费太多内存。
扩容机制：JDK 1.8 中对 HashMap 的扩容机制进行了优化。在1.8之前，扩容时，会将每个元素都进行重新Hash，再放入到新的桶中。1.8之后是怎么做的呢？

首先我们需要明确，HashMap中的Table是什么。

在HashMap源码中：

java 复制代码

    /**
     * The table, initialized on first use, and resized as
     * necessary. When allocated, length is always a power of two.
     * (We also tolerate length zero in some operations to allow
     * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
     */
    transient Node<K,V>[] table;

table就是一个数组，每一个元素相当于一个桶，我们通过Node可以遍历出桶中的所有元素。

继续看看HashMap的源码：

先找到put方法：

java 复制代码

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

java 复制代码

    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;
    }

在n = (tab = resize()).length;表示，每一次put都要就行扩容操作。

源码中对resize()的说明：

java 复制代码

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.
Returns:
the table
初始化或加倍表大小。
如果为空，则根据字段阈值中保持的初始容量目标进行分配。
否则，因为我们使用的是二次幂展开，所以每个bin中的元素必须保持在同一索引处，或者在新表中以二次幂偏移量移动。

当我们的HashMap不为空时，我们就需要判断是否要进行扩容。
那么什么时候需要扩容呢？

在HashMap中定义了一个值：threshold 原文注释：The next size value at which to resize (capacity * load factor).，即现在的容量乘上负载因子（默认0.75）时扩容。
超过阀值一定扩容吗

java 复制代码

  if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
      threshold = Integer.MAX_VALUE;
      return oldTab;
  }

可以指导，如果原先的容量已经是大于等于最大容量了，则HahMap不可以再扩，阀值threshold也变为了小大整数不可以被超越。
如何扩容

当满足所有条件后，终于可以扩容了。

java 复制代码

newThr = oldThr << 1; // double threshold

将新的阀值扩展为原先的两倍。在之后的代码中再将threshold更改为newThr即可。

在此之前都是对数值的修改，从这之后才是正式的扩容操作：

首先创建出新的table：

java 复制代码

        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;

当然，再次之前，老table的值已经保存在了oldTab中：

java 复制代码

        Node<K,V>[] oldTab = table;

之后是将oldTab数据转移到table的操作：

当oldTab不为空，则遍历oldTab

java 复制代码

for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
    Node<K,V> e; // 从旧哈希表中获取当前索引位置的节点
    if ((e = oldTab[j]) != null) { // 如果节点不为空
        oldTab[j] = null; // 将旧哈希表中当前索引位置置为空便于垃圾回收

        // 如果节点没有下一个节点，将其直接放入新哈希表
        if (e.next == null)//最后一个节点
            newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//目的是为将e散列，减少hash冲突，从而减少计算
        // 如果节点属于树节点（红黑树节点），调用split方法进行处理
        else if (e instanceof TreeNode)
            ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
        else { // 保持节点顺序
            Node<K,V> loHead = null, loTail = null; // 低位链表的头和尾
            Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; // 高位链表的头和尾
            Node<K,V> next;
            do {
                next = e.next;
                // 根据节点的哈希值与旧容量的与运算结果，将节点分到低位或高位链表
                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);

            // 将低位链表的头部节点放入新哈希表
            if (loTail != null) {
                loTail.next = null;
                newTab[j] = loHead;
            }

            // 将高位链表的头部节点放入新哈希表
            if (hiTail != null) {
                hiTail.next = null;
                newTab[j + oldCap] = hiHead;
            }
        }
    }
}

接下来我们对可能对可能发生的三种情况进行说明

e.next == null时，可以看到只有一步操作: newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;，将e的值通过e的哈希值与新容量的与操作从而得到e在新table中的位置，这个目的是为了让值更加的零散、而不是保持在原来的位置。（由于值的数量是增多的，如果还是继续保留在原来的位置，那么哈希碰撞是难以避免的）
e instanceof TreeNode时，表示这个桶是TreeNode类型的，是一个红黑链表（红黑数组的特性在我的博客中也有提到：红黑树与B+树），红黑树split拆分操作的目的是防止红黑树变得过深，要把一颗红黑树拆成两棵，并继续分散塞到新Table中去。
else中，则表示这个节点是链表节点，和红黑树的split类似，这个操作也是为了链表过深，从而拆成了lo和hi两段。

并发性能：JDK 1.8 通过引入分段锁（Segment）来提高 HashMap 在多线程环境下的并发性能。每个 Segment 就是一个独立的 HashMap，只锁定其中一个 Segment 而不是整个 HashMap，这减少了锁的争用，提高了并发性能。

这些优化使得 JDK 1.8 中的 HashMap 在处理大规模数据和多线程环境下表现更好，同时也减少了哈希碰撞的影响，提高了性能和稳定性。然而，需要注意的是，具体的实现可能因不同的 JDK 版本而有所不同，因此在选择和使用 HashMap 时需要考虑 JDK 版本的影响。