HashMap的底层数据结构是什么

JDK1.7

JDK1.7中，是由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，而链表是为了解决冲突而存在的。

插入链表时采用的是头插法，在并发情况下，会出现成环现象。

JDK1.8

JDK1.8中，是由数组+链表+红黑树存在的

当链表过长时，会影响HashMap的查询性能，红黑树的查找时间复杂度为O(log2N),优于链表的O(n)。

当链表长度 > 8 && 数组长度 >=64的时候会转化为红黑树。

如果数组长度小于64，那么就会先扩容。

当红黑树的个数小于6的时候，红黑树会自动转化成链表

为什么使用红黑树，而不是其他的树结构呢

二叉树

红黑树是不严格平衡二叉树，插入、删除、查找的最坏时间复杂度都是O(log2N)，而二叉树会退化成链表时间复杂度为O(n)

二叉平衡树

二叉树是高度平衡的二叉树，查找效率高，但是为了维持这种高度的平衡，每次插入和删除都要做调整，比较复杂耗时。

二叉树的查找优于红黑树，但是插入和删除比不上红黑树

另外，红黑树的性能指标比较稳定，插入、删除、查找都是O(log2N)

B和B+

B+树在数据量不是很多的情况下，数据会全部挤满在一个节点上面，这时候的查找效率就会退化成链表

B树和B+树都很矮胖，比较适合用于磁盘的场景，而红黑树比较适合内存中排序。

红黑树怎么保持平衡的

使用旋转（左旋和右旋）和染色

解决hash冲突的办法有哪些？HashMap用的那种

hashmap使用的是拉链法

• 开放地址法
• 再散列法
• 拉链法
• 建立公共溢出区

为什么在解决hash冲突的时候，不直接选择红黑树呢

因为红黑树需要左旋、右旋和染色来保持平衡，而单链表不需要这些操作。

• 一开始使用链表，单链表可以满足查询的性能，而红黑树新增节点比较慢。

• 当大于8的时候，需要红黑树满足查询性能

HashMap和HashTable的区别

• 线程安全：HashTable方法的sychonized修饰，线程安全，但是效率比hashmap低
• 底层数据结构：hashmap当链表长度大于8的时候，会转化成红黑树，但是hashtable一直是链表
• 初始容量和扩容机制：hashtable默认为11，扩容为2n+1;hashmap默认为16，库容为2的幂次方大小
• hashmap支持一个null的key和多个null的value，但是hashtable的key和value都不支持null，否则会报空指针异常

JDK1.7和1.8的区别

• 数据结构
  • 数组+单链表
  • 数组+链表+红黑树
• 插入方式
  • 头插法，多线程可能成环
  • 尾插法
• 扩容
  • 7需要全部进行定位
  • 8的话位置不变或者当前位置+旧的size大小
• 散列函数
  • 7做了四次移位或者四次异或
  • 8只做了一次

扩容因子为什么是0.75呢

扩容因子的话标识的是HashMap的疏密程度。

• 当扩容因子过大时，虽然空间利用率高，但是哈希冲突增加不利于查找
• 当扩容因子过小时，虽然哈希冲突减少，但是空间利用率不高
• 当扩容因子在0.75的时候，遵循参数为0.5的泊松分布。另外在这种情况下，当随机添加值的时候，一个链表的长度大于8，几乎是一个不可能的事件。

hashmap的扩容流程

扩容的条件

当HashMap中的元素超过（数组长度）* 负载因子，或者链表过程时就会进行数组扩容。

新节点的位置

• HashMap扩容后，节点要不在原来的位置，要不就分配到“原位置+旧容量”的位置。
• 将所有的元素分为了低位链表（存放下标没变的）、高位链表（存放已经变的）
• 然后将高低两个链表插入到新数组中

HashMap的key存储索引是怎么计算的

• 根据Key值计算出hashcode值
• 根据hashcode计算出hash的值
• 然后通过hash & （length - 1）计算出存储的位置

HashMap的长度为什么是2的幂次方

为什么把key的哈希码右移16位呢

初始化HashMap的时候，如果传入17，它会怎么处理呢？

• 如果初始化HashMap的时候，如果传入的不是2的n次幂，那么HashMap会向上寻找距离最近的2的n次幂的值，如果是17，那么就初始化位32

为什么HashMap链表转红黑树的阈值为8呢

• 理想情况下，随机的哈希码，链表里的节点符合泊松分布，节点个数为8的概率几乎为0。而红黑树是保证极端情况下的查找效率。

红黑树回转成链表阈值为什么是6，而不是8

• 如果回转的阈值也是8，那么可能会导致链表和红黑树不断转换，导致资源的浪费

put方法的流程

HashMap怎么查找元素

HashMap为什么线程不安全

• 多线程扩容死循环
  • 1.7由于采用头插法，在多线程环境下，可能导致环形链表的问题
  • 1.8没有这种问题
• 多线程put可能导致元素丢失
  • 多线程执行put操作时，如果索引位置相同，那么前面的key可能被后一个key覆盖
• put和get并发时，可能导致get为null
  • 如果put的时候，元素超出个数突然rehash，此时执行get，就会导致null值