1、什么是HashMap？

HashMap通常提起他，我们想到的就是键值对方式存储（key-value型式），可以接收null键值和null值。基于Map接口的非同步实现（也就是线程不安全），并不保证映射的顺序，特别不保证这个顺序恒久不变。

下图是HashMap的源码，可以看到它继承自AbstractMap，实现Map，Cloneable，Serializable接口。其一些默认值都一一列出：

其中，modCount这个属性值是记录HashMap内部结构发生变化（指的是内部结构，相同的key,put()一个value这种覆盖原来的值不属于结构变化）的次数，主要用于迭代的快速失败。

threshold来判断HashMap的最大容量,threshold = (int)(capacity * loadFactor)；

loadFactor负载因子：散列表的实际元素数目/散列表的容量。

其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（装东西越满），使用链表法的散列表空间利用越充分，查找时间则变长效率降低；越小则结论与越大相反。

Entry为HashMap的静态内部类，从上面可以看出Entry为承载key-value的值，并且默认table为Entry数组。下面看一下Entry的源码：

put时如果key传入为null,那么value一定会为null，无论value输入什么.并且map.put()/get()的返回值是value的类型，并且当存入空的时候为hashmap中数组第一位。下面是对应的小栗子：

1、

Map<String, String> map2 = new HashMap<String,String>();
String r2 = map2.put(null, null);
System.out.println("r2 "+r2);
String r3 = map2.get(null);
System.out.println("r3 "+r3);
String r4 = map2.put(null, "32");

System.out.println("r4 "+r4);

输出结果：r2 null

r3 null

r4 null

2、

3、从此可以看出hashmap的hash方法如果key为空则默认0，否则key取hashcode异或运算h无符号右移16位

2、HashMap的数据结构是什么样的呢？

jdk的1.8之前的版本和1.8及之后的版本HashMap的数据结构出现了一点变化。我们这里主要介绍1.8之前的数据结构。主要是数组+链表的结构，上面给出的属性源码也可以看出HashMap是这样的数据结构（table数组，Entry类为一个链表的节点来存储Key-value），也叫拉链法（链表数组）。

在1.8之后HashMap的数据结构出现了改变，变成数组+链表+红黑树，默认值增加了树的相关默认值，Entry类改成Node但是类里面内容没有改变。

并且增添了TreeNode节点，继承自LinkedHashMap,LinkedHashMap则继承自HashMap。下面是TreeNode内容：

红黑树是一种自平衡二叉查找树。它的统计性能要好于平衡二叉树（AVL树）。这种树结构从根节点开始，左子节点小于它，右子节点大于它。每个节点都符合这个特性，所以易于查找，是一种很好的数据结构。但是它有一个问题，就是容易偏向某一侧，这样就像一个链表结构了，失去了树结构的优点，查找时间会变坏。（这里就详细讲解这个结构了以后会开一个数据结构的专栏）

阅读源码可以看出树比链表占了更多的空间。8后，决定如何使用这两种数据结构呢？
1、如果一个内部表的索引超过8个节点，链表会转化为红黑树

2、如果内部表的索引少于6个节点，树会变回链表

当链表元素个数大于等于8时，链表转换成树结构；若桶中链表元素个数小于等于6时，树结构还原成链表。因为红黑树的平均查找长度是log(n)，长度为8的时候，平均查找长度为3，如果继续使用链表，平均查找长度为8/2=4，这才有转换为树的必要。链表长度如果是小于等于6，6/2=3，虽然速度也很快的，但是转化为树结构和生成树的时间并不会太短。还有选择6和8，中间有个差值7可以有效防止链表和树频繁转换。假设一下，如果设计成链表个数超过8则链表转换成树结构，链表个数小于8则树结构转换成链表，如果一个HashMap不停的插入、删除元素，链表个数在8左右徘徊，就会频繁的发生树转链表、链表转树，效率会很低。

3、HashMap的工作原理

它的原理就是Hashing原理。在上一部分我们讲到了HashMap的数组结构，每添加(put())或是获取(get())都是向每个数组位（array[i]）对应为一个bucket里的Entry中添加键值对。而通过hashCode()得出一个hash值来算出bucket(水桶)的位置来进行存取（这里的运算都是位运算）。

4、HashMap的存取

1、存入主要是put()方法：

可以从上面源码看出在put时，根据hash值来确定存放数组的索引位置。如果该位置上已经存放了Entry那么，那么将会以链表的形式存放键值对，原来的Entry放在next进行链接，及新加入的放链头，原来的放链尾。如果该位置上没有Entry则直接存放到对应的数组索引的位置上。

2、取出get()方法：

从源码上可以看出get()也是先算取key的hash值，然后找到hash值对应的索引，看是否有链表，若有则看是否和链表中Entry的key是否相等，相等则equals()取value值。实际上就是将key-value看成一个整体Entry，来用hashCode()来查找hash值，如果有链表就判断链表，没有链表就直接取对应的数组索引。

3、扩容resize()(rehash)方法：

5、HashMap的一些问题思考

1、什么时候会出现扩容呢？

源码上addEntry是size大于threshold时开始调用resize()方法。也就是HashMap中，数组元素超过了数组阀值的时候就重新扩容，以降低实际的负载因子。(threshold>capacity*loadfactor)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 容量是原容量的两倍。

2、HashMap容量一定为2的幂呢？

首先，我们希望元素存放的更均匀，最理想的效果是每个bucket中存放一个Entry（key-value）。这样查询的时候效率高，不需要遍历链表，也不需要equals去比较链表中的key的内容。而且，这样空间利用率最大，时间复杂度最优。因为HashMap的底层数组的长度为2^n次方，不同的key算得的index的相同几率较小，数组上分布就比较均匀，也就是碰撞几率小，相对查询时效率会高。

假设：数组长度为32时，即为2的n次方时，2n-1得到的二进制数的每个位上的值都为1，这使得在低位上&时，得到的和原hash的低位相同，加之hash(int h)方法对key的hashCode的进一步优化，加入了高位计算，就使得只有相同的hash值的两个值才会被放到数组中的同一个位置上形成链表。

3、Hash冲突（碰撞）及解决Hash冲突的方法？

hash冲突就是当hash值相同,此时他们确定的索引位置相同，这时他们的key如果不相同，则为hash冲突。

解决hash冲突的办法：

通常有：1、开放定址法（基本思想是通过一个探测算法，当某个槽位已经被占据的情况下据需查找下一个可以使用的槽位）。

2、再哈希法（基本思想是同事构造多个哈希函数，当函数1冲突时，再用下一个方法计算，直到冲突不再产生）。这种方法不已长生聚焦，但增加计算时间。

3、链地址法（基本思想是将相同的hash值的对象组成一个成为同义词链的单链表，并将单链表的头指针存在哈希表的这个hash值中）。适用于经常插入和删除。

4、建立公共溢出区（将哈希表分为基本表和溢出表两部分，凡是发生冲突的都放在溢出表中）。

Java.until.HashMap就是采用链表法的方式。当发生碰撞，对象将会存储在LinkedList的下一结点中。HashMap在每个LinkedList节点中存储键值对对象。

4、重新调整HashMap大小存在的问题

HashMap数组扩容后很消耗性能：原数组中的数据必须重新计算其出现在新数组中的位置，并存储进去。

在多线程下，HashMap扩容后可能会产生条件竞争（race condition）。如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小，他们会同时试着调整大小，在调整大小的过程中，存储在LinkedList中的元素次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候Hashmap并不会将元素放在LinkedList的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历（tail traversing）。如果条件竞争产生，就会出现死循环。

5、Fail-First机制

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 hashmap，那么将抛出 ConcurrentModificationException，这就是所谓 fail-fast 策略。

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，则会抛出异常，下图是源代码：

解决办法：

1、在遍历过程中所有涉及到改变modCount值得地方全部加上synchronized或者直接使用Collections.synchronizedList，这样就可以解决。但是不推荐，因为增删造成的同步锁可能会阻塞遍历操作。

2、使用CopyOnWriteArrayList来替换ArrayList。推荐使用该方案。

6、为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键？

因为他们由final修饰，使用不可变类就能保证hashCode是不变的，而且重写了equals和hashcode方法，避免了键值对改写。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，提高HashMap性能。

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