深入Java集合学习系列：HashMap的实现原理（2）

5.    HashMap 的性能参数：

    HashMap  包含如下几个构造器：

    HashMap() ：构建一个初始容量为   16 ，负载因子为   0.75  的   HashMap 。

    HashMap(int initialCapacity) ：构建一个初始容量为   initialCapacity ，负载因子为   0.75  的   HashMap 。

    HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) ：以指定初始容量、指定的负载因子创建一个   HashMap 。

    HashMap 的基础构造器 HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 带有两个参数，它们是初始容量 initialCapacity 和加载因子 loadFactor 。

    initialCapacity ： HashMap 的最大容量，即为底层数组的长度。

    loadFactor ：负载因子 loadFactor 定义为：散列表的实际元素数目 (n)/  散列表的容量 (m) 。

    负载因子衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是 O(1+a) ，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。

    HashMap 的实现中，通过 threshold 字段来判断 HashMap 的最大容量：

threshold = (int)(capacity * loadFactor);

结合负载因子的定义公式可知， threshold 就是在此 loadFactor 和 capacity 对应下允许的最大元素数目，超过这个数目就重新 resize ，以降低实际的负载因子。默认的的负载因子 0.75 是对空间和时间效率的一个平衡选择。当容量超出此最大容量时，   resize 后的 HashMap 容量是容量的两倍：

if (size++ >= threshold)   
resize(2 * table.length); 

6.    Fail-Fast 机制：

    我们知道 java.util.HashMap 不是线程安全的，因此如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了 map ，那么将抛出 ConcurrentModificationException ，这就是所谓 fail-fast 策略。

    这一策略在源码中的实现是通过 modCount 域， modCount 顾名思义就是修改次数，对 HashMap 内容的修改都将增加这个值，那么在迭代器初始化过程中会将这个值赋给迭代器的 expectedModCount 。

HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}

在迭代过程中，判断 modCount 跟 expectedModCount 是否相等，如果不相等就表示已经有其他线程修改了 Map：

   注意到 modCount 声明为 volatile ，保证线程之间修改的可见性。

final Entry<K,V> nextEntry() {   
if (modCount != expectedModCount)   
throw new ConcurrentModificationException();

在 HashMap 的 API 中指出：

    由所有 HashMap 类的 “collection  视图方法 ” 所返回的迭代器都是快速失败的：在迭代器创建之后，如果从结构上对映射进行修改，除非通过迭代器本身的   remove  方法，其他任何时间任何方式的修改，迭代器都将抛出   ConcurrentModificationException 。因此，面对并发的修改，迭代器很快就会完全失败，而不冒在将来不确定的时间发生任意不确定行为的风险。

    注意，迭代器的快速失败行为不能得到保证，一般来说，存在非同步的并发修改时，不可能作出任何坚决的保证。快速失败迭代器尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException 。因此，编写依赖于此异常的程序的做法是错误的，正确做法是：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测程序错误。

参考资料：

JDK API HashMap      HashMap  源代码      深入理解HashMap

通过分析 JDK 源代码研究 Hash 存储机制      java.util.HashMap源码要点浅析