Java集合-HashMap的相关思考

HashMap与HashSet的区别

hashmap：实现map接口 存储键值对 使用put将元素放入map 使用键对象来计算hashCode 比较快因为使用唯一键来获取对象

hashSet：实现set接口 存储对象   使用add将元素放入set 使用成员对象来计算hashCode，两个对象hashCode可能相同，所以使用equals判断对象是否
相等较慢

HashMap实现了Map接口，Map接口对键值对进行映射。Map中不允许重复的键。Map接口有两个基本的实现，HashMap和TreeMap。TreeMap保存了对象的排列
次序，而HashMap则不能。
HashMap允许键和值为null。HashMap是非synchronized的，但collection框架提供方法能保证HashMap synchronized，这样多个线程同时访问HashMap时，
能保证只有一个线程更改Map。public Object put(Object Key,Object value)方法用来将元素添加到map中。

HashSet实现了Set接口，它不允许集合中有重复的值，当我们提到HashSet时，第一件事情就是在将对象存储在HashSet之前，要先确保对象重写
equals()和hashCode()方法，这样才能比较对象的值是否相等，以确保set中没有储存相等的对象。如果我们没有重写这两个方法，将会使用这个方法的
默认实现。public boolean add(Object o)方法用来在Set中添加元素，当元素值重复时则会立即返回false，如果成功添加的话会返回true。

HashMap与HashTable的区别

HashTable与HashMap
1、同步性:Hashtable是线程安全的，也就是说是同步的，而HashMap是线程序不安全的，不是同步的。
2、HashMap允许存在一个为null的key，多个为null的value 。
3、hashtable的key和value都不允许为null。
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。HashMap几乎可以等价于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并可以接受null(HashMap可以接受为null的键值(key)和
值(value)，而Hashtable则不行)。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。
另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)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。但这并不是一个一定发生的行为，要看JVM。
这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。
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。
HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

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，其它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ListIterator，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IllegalArgumentException异常。

3) 结构上的更改指的是删除或者插入一个元素，这样会影响到map的结构。

HashMap与TreeMap的区别

1、 HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，如果你需要得到一个有序的结果你就应该
使用TreeMap（HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。

2、在Map 中插入、删除和定位元素，HashMap是最好的选择。但如果您要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。使用HashMap要求添加
的键类明确定义了hashCode()和 equals()的实现。
两个map中的元素一样，但顺序不一样，导致hashCode()不一样。
同样做测试：
在HashMap中，同样的值的map,顺序不同，equals时，false;
而在treeMap中，同样的值的map,顺序不同,equals时，true，说明，treeMap在equals()时是整理了顺序了的。

Map与Collection的区别

1.Map 存储的是键值对形式的元素，键唯一，值可以重复。
2.Collection 存储的是单列元素，子接口Set元素唯一，子接口List元素可重复。
3.Map集合的数据结构值针对键有效，跟值无关，Collection集合的数据结构是针对元素有效

HashMap实际应用问题的思考

1、碰撞问题

hashmap中常用的是put(k,v)\get(k),k值唯一，那如何保证唯一性，我们首先想到的是用equals比较，没错，这样可以实现，但随着内部元素的增多，
put和get的效率将越来越低，这里的时间复杂度是O(n)，假如有1000个元素，put时需要比较1000次。实际上，HashMap很少会用到equals方法，因为其
内通过一个哈希表管理所有元素，也称散列表，哈希算法可以快速的存取元素，当我们调用put存值时，HashMap首先会调用K的hashCode方法，获取哈希
码，通过哈希码快速找到某个存放位置，这个位置可以被称之为bucketIndex，通过上面所述hashCode的协定可以知道，如果hashCode不同，
equals一定为false，如果hashCode相同，equals不一定为true。

所以理论上，hashCode可能存在冲突的情况，碰撞，当碰撞发生时，计算出的bucketIndex也是相同的，这时会取到bucketIndex位置已存储的元素，最终
通过equals来比较，equals方法就是哈希码碰撞时才会执行的方法，所以前面说HashMap很少会用到equals。HashMap通过hashCode和equals最终判
断出K是否已存在，如果已存在，则使用新V值替换旧V值，并返回旧V值，如果不存在 ，则存放新的键值对<K, V>到bucketIndex位置。

HashMap通过键的hashCode来快速的存取元素。当不同的对象hashCode发生碰撞时，HashMap通过单链表来解决，将新元素加入链表表头，通过next指向
原有的元素。单链表在Java中的实现就是对象的引用(复合)。
当两个对象的hashCode相同：则bucket位置相同，发生碰撞，因为hashmap使用链表存储对象，这个entry（包含键值对的map.entry对象）会存储
在链表中，而两个键的hashCode相同，如何获取值对象：当调用get()方法，hashmap会使用键对象的hashCode找到bucket位置，然后获取值对象，由于
两个值对象存储在同一个bucket，而且我们知道hashmap在链表中存储的是键值对，所以找到bucket位置以后，调用keys.equals()方法去找链表中正确
的节点，也就是要找的值对象；还有使用不可变的、声明作final的对象，并采用合适的equals()和hashCode()方法的话，会减少碰撞，提高效率。
不可变性使得能够缓存不同键的hashCode，这将提高整个获取对象额速度，使用String、Interger这样的wrapper类作为键是很好的选择；

2、重新调整HashMap大小存在什么问题？

当多线程的情况下，可能产生条件竞争(race condition)。
当重新调整HashMap大小的时候，确实存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程
中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部
遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。（避免在多线程情况下使用HashMap）

3、hashmap的线程安全问题

线程不安全，就是在多线程情况下直接使用HashMap会出现一些莫名其妙不可预知的问题，多线程和单线程的区别：单线程只有一条执行路径，而多线程是
并发执行(非并行)，会有多条执行路径。如果HashMap是只读的(加载一次，以后只有读取，不会发生结构上的修改)，那使用没有问题。那如果HashMap
是可写的(会发生结构上的修改)，则会引发诸多问题，那在多线程下使用HashMap我们需要怎么做，几种方案：
在外部包装HashMap，实现同步机制使用Map m = Collections.synchronizedMap(newHashMap(...));这里就是对
HashMap做了一次包装
使用java.util.HashTable，效率最低
使用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap，相对安全，效率较高；

4、为什么String, Interger这样的wrapper（封装）类适合作为键？

String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。因为String是不可变的，也是final的，而且已经重写了
equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的，因为为了要计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放
入时和获取时返回不同的hashcode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过将某个
field声明成final就能保证hashCode是不变的，那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两
个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就能提高HashMap的性能。

5、我们可以使用自定义的对象作为键吗？

可能使用任何对象作为键，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时
不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，因为当它创建之后就已经不能改变了。

6、我们可以使用CocurrentHashMap来代替Hashtable吗？

因为ConcurrentHashMap越来越多人用了。我们知道Hashtable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步性能更好，因为它仅仅
根据同步级别对map的一部分进行上锁。ConcurrentHashMap当然可以代替HashTable，但是HashTable提供更强的线程安全性；