JAVA基础-HashMap怎么实现的？

HashMap可谓是面试中的重中之重，基本上每家面试公司都会问一下。

常见面试题总结在文章后部分~！

介绍

HashMap是怎么实现的？

JDK1.7的HashMap是采用数组+链表实现的
JDK1.8之后HashMap是采用的数组+链表+红黑树实现的

HashMap的主干就是一个数组，假设我们有三个键值对 dnf:1,cf:2,lol:3。每次放入HashMap中时候都会根据key.hash % table.length(对象的hashcode进行操作后对数组的长度取余)确定这个键值应该放到数组的那个位置

1 = indexFor(dnf),我们将此键值对放到数组下标为1的位置

3 = indexFor(cf)

1 = indexFor(lol) 这时候我们发现下标为1的位置已经存在数据，我们把lol:3放到数组下标为1的位置，将原来dnf:1采用链表形式放到lol键值对下面

jdk1.7是头插法（从链表头部插入相同hascode的数据） jdk1.8是尾插法（从链表尾部插入相同hascode的数据）

在获取key为dnf的键值对时候，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，和下一个元素进行对比，相等返回。set和get的过程大致就如此。先定位到槽的位置（数组中的位置），在遍历链表找到相同元素。

由上面图可以看出，HashMap在发生hash冲突时候采用的链地址法，解决hash冲突并不只有这种方法常见的如下

开放定址法
链地址法
再哈希法
公共溢出区域法

jdk1.7源码

几个重要属性

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY (map初始大小默认 16)
MAXIMUM_CAPACITY （最大容量，如果指定最大容量使用）
DEFAULT_LOAD_FACTOR （负载因子默认0.75）
threshold （map是否扩容的决定性因素）

threshold = caopacity * loadFactor，即扩容的阈值=数组长度 * 负载因子，如果HashMap中放入16个元素，负载因子为0.75，则扩容阈值为16*0.75=12

负载因子越小，容易扩容，浪费空间，但是查询效率高
负载因子越大，不容易扩容，堆空间利用更加充分，查找效率低（链表拉长）

存储数据的静态内部类，数组+链表，这里数组指的就是Entry数组

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

put方法的执行过程

scss 复制代码

key为null直接放到table[0]处，对key的hashCode()做hash运算，计算index；
如果节点已存在数据，就替换old value（保证key的唯一性），并返回old value；
如果达到扩容的阈值（超过threshold），并且发生碰撞们就要resize扩容；
将元素放到bucket的首位，即头插法；

为null时，HashMap还没有创建这个数组，有可能用的是默认16的初始值，也可能自定义长度，这时候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。如下图：
如key为null时候，则将至放到table[0]这个链上
找到应该放在数组的位置，h&(length-1)这个方式可以理解为hash值对数组长度取余
添加元素
将新的元素放到table的第一位，并且将其他元素跟在第一个元素后
容量超过阈值并且发生碰撞，开始扩容
transfer 重新计算元素在新的数组中的位置，并进行复制处理

transfer有两个需要注意的地方

css 复制代码

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
链表在复制的时候会反转

get方法的执行过程

key为null直接从table[0]处取值，对key的hashCode()做hash运算，计算index
通过key.equals(k)去查找对应的Entry,返回value

从table[0]取值，key为null
key不为null时候

jdk1.8源码

jdk1.8存取key对null的数据没有进行特殊判断，而是通过将hash值返回为0的将其放到table[0]处

put执行过程

sql 复制代码

对key的hashcode()高16位和低16位进行异或运算求出具体的hash值
如果table数组没有初始化，则初始化table数组长度为16
根据hash值计算index，如果没有碰撞则直接放到bucket里面（bucket可为链表或者红黑树）
如果碰撞导致链表过长，则把链表转为红黑树
如果key一簇按在，用new value替换old value
如果超过扩容阈值则进行扩容，threshold = caopacity * loadFactor

移动的过程和jdk1.7相比变化较大

jdk1.8和jdk1.7重新获取元素值在新的数组中所处位置的算法发生变化（实际效果还一样）

scss 复制代码

jdk1.7， hash&(length-1)
jdk1.8， 判断原来的hash值要新增bit位是0还是1.假如是0，放到newTable[i],否则放到newTbale[i=oldTable.length]

get的执行过程

scss 复制代码

对key的hashcode()高16位和低16位进行异或运算求出具体的hash值
如在bucket里的第一个节点直接命中则直接返回
如果有冲突，通过key.equals(k)去找相对应的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

1.HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap之间的区别

主要问题点为是否key允许为null，线程是否安全

2.HashMap在什么条件下扩容

jdk1.7

超过扩容阈值
发生碰撞

jdk1.8

超过扩容阈值

3.HashMap的大小为何是2的N次方

简单说为了降低碰撞的概率，增加查询检索效率

为了通过hash值确定元素在数组中位置，我们需要进行hash%length操作，当%操作时比较消耗时间，所以优化为hash &（length - 1）
当length为2的n次方时候， hash&（length-1） = hash%length
我们假设数组长度为15和16，hash码为8和9

如图可以看出数组长度为15时候，hash码为8和9的元素被放到数组中统一位置形成链表，降低了查询效率，当hash码和15-1(1110)进行&时候，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入元素，导致的结果就是
```
空间浪费大
增加了碰撞几率，减慢查询效率
```
当数组长度为2的n次方时候，2的n次方-1的所有位都是1，如8-1=7 即111，那么进行低位&运算时候，值总与原来的hash值相同，降低的碰撞概率

4.jdk1.8发生了那些变化？

由数组+链表改为了数组+链表+红黑树，当链表长度超过8时候，链表变为红黑树。

scss 复制代码

 为什么要这样改？我们知道链表的查询效率为O(n),而红黑树的查询效率为O(length),查询效率变高了。
 为什么不直接用红黑树？因为红黑树查找效率高，但是插入效率低，如果从一开始直接使用红黑树并不合适。从概率学角度官方选择了一个临界点8

优化了hash算法
计算元素在数组中的位置算法发生了变化，新算法通过新增位判断oldTable[i]应该放到newTable[i]还是放到newTable[i+oldTable.length]
头插法改为尾插法，扩容时候链表不发生倒置（避免形成死循环）

5.Hash在高并发下会发生什么问题

多线程下扩容，会让链表形成环，从而导致死循环
多线程put可能会导致元素丢失

jdk1.8中死循环问题已经解决，但是元素丢失问题还存在

6.怎样避免HashMap在高并发下的问题？

使用ConcurrentHashMap
使用Collection.synchronizedMap(hashMap) 包装成同步集合