前言
HashMap可以说是面试的重中之重，去10家公司面试，8家都会问道，为什么大家都爱用HashMap打开话题？
HashMap是怎么实现的？
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jdk1.7的HashMap是用数组+链表实现的
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jdk1.8的HashMap是用数组+链表+红黑树实现的
附上我历时三个月总结的 Java 面试 + 核心技术学习指南，这是本人这几年及春招的总结，目前，已经拿到了大厂offer，拿去不谢！
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HashMap的主干是一个数组，假设我们有3个键值对dnf:1，cf:2，lol:3，每次放的时候会根据key.hash % table.length（对象的hashcode进行一些操作后对数组的长度取余）确定这个键值对应该放在数组的哪个位位置
1 = indexFor(dnf)，我们将键值对放在数组下标为1的位置
3 = indexFor(cf)
1 = indexFor(lol)，这时发现数组下标为1的位置已经有值了，我们把lol:3放到链表的第一位，将原先的dnf:1用链表的形式放到lol键值对的下面
jdk1.7是头插法 jdk1.8是尾插法
在获取key为dnf的键值对时，1=hash(dnf)，得到这个键值对在数组下标为1的位置，dnf和lol不相等，和下一个元素比较，相等返回。set和get的过程就是这么简单。先定位到槽的位置（即数组中的位置），再遍历链表找到相同的元素。
由上图可以看出，HashMap在发生hash冲突的时候用的是链地址法，解决hash冲突并不只有这一种方法，常见的有如下四种方法
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开放定址法
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链地址法
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再哈希法
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公共溢出区域法。
JDK1.7源码
几个重要的属性
//初始容量是16，且容量必须是2的倍数static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;//最大容量是2的30次方static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;//负载因子static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};//HashMap的主干是一个Entry数组,在需要的时候进行扩容，长度必须是2的被数transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;//放置的key-value对的个数transient int size;//进行扩容的阈值，值为 capacity * load factor，即容量 * 负载因子int threshold;//负载因子final float loadFactor;
这里说一下threshold和loadFactor，threshold = capacity * load factor，即扩容的阈值=数组长度 * 负载因子，如果hashmap中放了16个元素，负载因子为0.75，则扩容阈值为16*0.75=12
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负载因子越小，容易扩容，浪费空间，但查找效率高
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负载因子越大，不易扩容，对空间的利用更加充分，查找效率低（链表拉长）
存储数据的静态内部类，数组+链表，这里的数组指的就是Entry数组
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next;//存储指向下一个Entry的引用，单链表结构 int hash;//对key的hashcode值进行hash运算后得到的值，存储在Entry，避免重复计算 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; }}
构造函数
其他都是在此基础上的扩展，主要就是设置初始容量和负载因子，这2个参数前面介绍过了哈。
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; threshold = initialCapacity; init();}
最重要的知识点来了，对着流程看源码比较好理解
put方法的执行过程
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key为null直接放在table[0]处，对key的hashCode()做hash运算，计算index;
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如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)，并返回old Value
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如果达到扩容的阈值（超过capacity * load factor），并且发生碰撞，就要resize
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将元素放到bucket的首位，即头插法
public V put(K key, V value) { //hashmap的数组为空 if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value); //获取hash值 int hash = hash(key); //找到应该放到table的哪个位置 int i = indexFor(hash, table.length); //遍历table[i]位置的链表，查找相同的key,若找到则使用新的value替换oldValue,并返回oldValue for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; //如果key已经存在，将value设置为新的，并返回旧的value值 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; //将元素放到table[i]，新的元素总在table[i]位置的第一个元素，原来的元素后移 addEntry(hash, key, value, i); return null;}
为空时，HashMap还没有创建这个数组，有可能用的是默认的16的初始值，还有可能自定义了长度，这时需要把数组长度变为2的最小倍数，并且这个2的倍数大于等于初始容量
private void inflateTable(int toSize) { //返回大于或等于最接近2的幂数 int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize); threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); table = new Entry[capacity]; initHashSeedAsNeeded(capacity);}
若key为null，则将值放在table[0]这个链上
private V putForNullKey(V value) { for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(0, null, value, 0); return null;}
找到应该放在数组的位置，h & (length-1)这个式子你可以认为hash值对数组长度取余，后面会说到这个式子
static int indexFor(int h, int length) { // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2"; return h & (length-1);}
添加元素
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 容量超过阈值，并且发生碰撞时进行扩容 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { // 数组扩容为原来的2倍，并将元素复制到新数组上 resize(2 * table.length); // 重新计算hash值，如果不做特殊设置的话，和之前算出来的hash值一样 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; bucketIndex = indexFor(hash, table.length); } createEntry(hash, key, value, bucketIndex);}
将新增加的元素放到table的第一位，并且将其他元素跟在第一个元素后面
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); size++;}
容量超过阈值并且发生碰撞，开始扩容
void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; //容量已经达到最大 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity)); table = newTable; threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);}
重新计算元素在新的数组中的位置，并进行复制处理，initHashSeedAsNeeded函数默认情况下会一直返回false，即rehash在默认情况下为false
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) { int newCapacity = newTable.length; // 遍历数组 for (Entry<K,V> e : table) { // 遍历链表 while(null != e) { Entry<K,V> next = e.next; if (rehash) { e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key); } int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } }}
这个transfer函数挺有意思的，如果你仔细理解它的复制过程，会发现有如下2个特别有意思的地方
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原来在oldTable[i]位置的元素，会被放到newTable[i]或者newTable[i+oldTable.length]的位置
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链表在转移的时候会反转
这2个点需要注意一下，我会在JDK1.8中再次提到这2个点
get方法的执行过程
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key为null直接从table[0]处取，对key的hashCode()做hash运算，计算index;
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通过key.equals(k)去查找对应的Entry，接着返回value
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue();}
从table[0]初获取key为null的值
private V getForNullKey() { if (size == 0) { return null; } for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { if (e.key == null) return e.value; } return null;}
key不为null时
final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if (size == 0) { return null; } int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null;}
JDK1.8源码
jdk1.8存取key为null的数据并没有进行特判，而是通过将hash值返回为0将其放在table[0]处
put执行过程
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对key的hashcode()高16位和低16位进行异或运算求出具体的hash值
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如果table数组没有初始化，则初始化table数组长度为16
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根据hash值计算index，如果没碰撞则直接放到bucket里（bucket可为链表或者红黑树）
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如果碰撞导致链表过长，就把链表转为红黑树
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如果key已经存在，用new value替换old value，并返回old value
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如果超过扩容的阈值则进行扩容，threshold = capacity * load factor
jdk1.8和jdk1.7重新获取元素值在新数组中所处的位置的算法发生了变化（实际效果没发生改变）
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jdk1.7，hash & (length-1)
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jdk1.8，判断原来hash值要新增的bit位是0还是1。假如是0，放到newTable[i]，否则放到newTable[i+oldTable.length]
get执行过程
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对key的hashcode()高16位和低16位进行异或运算求出具体的hash值
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如果在bucket里的第一个节点直接命中，则直接返回
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如果有冲突，通过key.equals(k)去查找对应的Node，并返回value。在树中查找的效率为O(logn)，在链表中查找的效率为O(n)
常见面试题
HashMap，HashTable，ConcurrentHashMap之间的区别
| 对象 | key和value是否允许为空 | 是否线程安全 |
|---|---|---|
| HashMap | key和value都允许为null | 否 |
| HashTable | key和value都不允许为null | 是 |
| ConcurrentHashMap | key和value都不允许为null | 是 |
HashMap在什么条件下扩容
jdk1.7
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超过扩容的阈值
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发生碰撞
jdk1.8
- 超过扩容的阈值
HashMap的大小为什么是2的n次方
为了通过hash值确定元素在数组中存的位置，我们需要进行如下操作hash%length，当时%操作比较耗时间，所以优化为 hash & (length - 1)
当length为2的n次方时，hash & (length - 1) =hash % length
我们假设数组的长度为15和16，hash码为8和9
| h & (length - 1) | h | length | index |
|---|---|---|---|
| 8 & (15 - 1) | 0100 | 1110 | 0100 |
| 9 & (15 - 1) | 0101 | 1110 | 0100 |
| 8 & (16 - 1) | 0100 | 1111 | 0100 |
| 9 & (16 - 1) | 0101 | 1111 | 0101 |
可以看出数组长度为15的时候，hash码为8和9的元素被放到数组中的同一个位置形成链表，键低了查询效率，当hahs码和15-1(1110)进行&时，最后一位永远是0，这样0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101这些位置永远不会被放置元素，这样会导致
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空间浪费大
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增加了碰撞的几率，减慢查询的效率
当数组长度为时，的所有位都是1，如8-1=7即111，那么进行低位&运算时，值总与原来的hash值相同，降低了碰撞的概率
JDK1.8发生了哪些变化？
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由数组+链表改为数组+链表+红黑树，当链表的长度超过8时，链表变为红黑树。 为什么要这么改？ 我们知道链表的查找效率为O(n)，而红黑树的查找效率为O（logn），查找效率变高了。 为什么不直接用红黑树？ 因为红黑树的查找效率虽然变高了，但是插入效率变低了，如果从一开始就用红黑树并不合适。从概率学的角度选了一个合适的临界值为8
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优化了hash算法
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计算元素在新数组中位置的算法发生了变化，新算法通过新增位判断oldTable[i]应该放在newTable[i]还是newTable[i+oldTable.length]
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头插法改为尾插法，扩容时链表没有发生倒置（避免形成死循环）
HashMap在高并发下会发生什么问题？
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多线程扩容，会让链表形成环，从而造成死循环
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多线程put可能导致元素丢失
如何避免HashMap在高并发下的问题？
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使用ConcurrentHashMap
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用Collections.synchronizedMap(hashMap)包装成同步集合
最后，再附上我历时三个月总结的 Java 面试 + 核心技术学习指南，这是本人这几年及春招的总结，目前，已经拿到了大厂offer，拿去不谢！
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