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：

1. 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)。

2. 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。

3. 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。

4. 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：

    /*** 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：

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

    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 1sttreeifyBin(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 keyV 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：

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

  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。

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：

        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：

        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

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;elseloTail.next = e;loTail = e;}else {if (hiTail == null)hiHead = e;elsehiTail.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。

5. 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。