面试现场：HashMap 的灵魂拷问
面试官：你好，谢飞机，请坐。我看你简历上写了熟悉 Java 基础，那我们先从最基础的开始——HashMap 的底层实现原理是什么？
谢飞机（自信一笑）：这个我背过！HashMap 是基于哈希表实现的 Map 接口，它允许 null 键和 null 值，不保证有序，而且是线程不安全的。
面试官：嗯，继续说，具体怎么存的？
谢飞机：JDK 8 之前是数组 + 链表，发生哈希冲突的时候就拉链。JDK 8 之后，当链表长度超过 8 并且数组长度大于 64，就会转成红黑树，防止查找退化成 O(n)。
面试官（点头）：不错，那 hash 值是怎么计算的？为什么不是直接用 key.hashCode()？
谢飞机：因为 hashCode() 可能很大，直接取模会分布不均。所以 HashMap 会对 hashCode 进行一次扰动处理，也就是 h ^ (h >>> 16)，让高位也参与运算，减少碰撞。
面试官：很好。那初始化容量是 16，负载因子是 0.75，能说说扩容机制吗？
谢飞机：每次 put 的时候会检查 size 是否超过 threshold（容量 * 负载因子），超过就扩容为原来的 2 倍。然后重新计算每个元素的位置，JDK 8 优化了迁移过程，不用重新 hash，通过 (e.hash & oldCap) == 0 判断是在原位置还是原位置 + oldCap。
面试官：回答得非常清晰，基本功扎实。那我们再深入一点——如果多个线程同时 put，并且触发扩容，可能会出现什么问题？
谢飞机（挠头）：呃……会出现……数据丢失？或者 CPU 100%？我记得好像是链表成环……
面试官：对，在 JDK 7 中多线程扩容确实可能形成环形链表，导致 get 时死循环。JDK 8 虽然不会成环，但依然线程不安全，比如 A 线程 put 完还没发布，B 线程 get 就看不到。
谢飞机：那……要线程安全的话，可以用 Hashtable 或者 ConcurrentHashMap！
面试官：没错。今天的面试就到这里，整体表现不错，基础知识掌握得可以。你先回去等通知吧。
答案详解：HashMap 底层原理全解析
1. 数据结构
- JDK 8 之前：
Entry数组 + 单向链表 - JDK 8 开始：
Node数组 + 单向链表 + 红黑树（链表长度 ≥ 8 且数组长度 ≥ 64）
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
}
2. hash 扰动函数
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
- 高位参与运算，降低碰撞概率
3. 初始化与扩容
- 默认初始容量：16
- 负载因子：0.75（平衡空间与时间）
- 扩容阈值：capacity * loadFactor = 12
- 扩容为原容量的 2 倍
- 扩容优化：JDK 8 中，元素要么在原位置，要么在原位置 + oldCap，无需重新 hash
4. 链表转红黑树条件
- 链表长度 ≥ 8
- 数组长度 ≥ 64
- 否则优先选择扩容
5. 线程安全问题
- 非线程安全：多线程 put 可能导致数据覆盖、死循环（JDK 7 成环）、CPU 100%
- 替代方案：
Hashtable：方法加 synchronized，性能差Collections.synchronizedMap()：包装，仍需外部同步ConcurrentHashMap：分段锁 / CAS + synchronized，推荐使用
6. 实际应用建议
- 预估数据量，避免频繁扩容
- 自定义类型作 key 时，必须重写
hashCode()和equals() - 高并发场景务必使用
ConcurrentHashMap
本文通过“谢飞机”这一角色，以轻松方式讲解技术难点，帮助 Java 求职者在笑声中掌握核心知识。
