【Java自顶向下】面试官：HashMap源码看过吗？我：看过！面试官：好极了，那么来扒一扒吧！

HashMap

关于hash表的基础内容，请看文章

【数据结构-查找】3.散列表详解
【Java自顶向下】HashMap面试题（2021最新版）

顶层应用

public class HashMapTest {public static void main(String[] args) {HashMap<String, String> stringStringHashMap = new HashMap<>();// 1.put存储键值对stringStringHashMap.put("ffideal","宇定");stringStringHashMap.put("床前明月光","疑是地上霜");// 2.get利用key获取valueString name = stringStringHashMap.get("ffideal");System.out.println(name);// 3.containsKey是否存在某个键值if (stringStringHashMap.containsKey("ffideal")) {System.out.println("ffideal存在");} else {System.out.println("ffideal不存在");}// 4.replace修改key-valuestringStringHashMap.replace("ffideal","宇定2");String name3 = stringStringHashMap.get("ffideal");System.out.println(name3);// 5.遍历HashMap中的键值对Set<String> strings = stringStringHashMap.keySet();for (String s: strings) {System.out.println("遍历数据：" + s);}// 6.clear清空HashMap中的元素stringStringHashMap.clear();Set<String> strings2 = stringStringHashMap.keySet();for (String s: strings2) {System.out.println("清空后的数据" + s);}}
}

底层原理

put => key => HashCode => 位置index

get => key => HashCode => 位置index

问：HashMap数组大小初始值是多少？最大是多少？如果为给定初始值，初始大小是多少？

答：16（242^424）；2302^{30}230；大于等于参数的最小2的幂次方

private static final int tableSizeFor(int c) {// 传入32或20int n = c - 1;// n=31或19n |= n >>> 1;n |= n >>> 2;n |= n >>> 4;n |= n >>> 8;n |= n >>> 16;// 此时n=31或31，最后经过两次判断后返回值为32return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

问：HashMap 在 Java 7 与Java 8 中底层的不同？

答：Java 7 中的HashMap的底层是一个数组+链表的设计，每个hash值的第一个值放在数组里，之后经过hash运算得到相同的hash值锁定数组下标，数组中的每一个元素都是一个单向链表（碰撞，列表）。

capacity：当前数组容量，始终保持 2n2^n2n，可以扩容，扩容后数组大小为当前的 2 倍。
loadFactor：负载因子，默认为 0.75。
threshold：扩容的阈值，等于 capacity * loadFactor。

HashMap的数据插入原理

存储结构的变化

Java 8 中的HashMap的底层是数组+链表+红黑树的方式实现。

为什么要使用红黑树而不使用AVL树

红黑树牺牲了一些查找性能但其本身并不是完全平衡的二叉树。因此插入删除操作效率略高于AVL树

AVL树用于自平衡的计算牺牲了插入删除性能，但是因为最多只有一层的高度差，查询效率会高一些。

改进的是在数据量较大的情况下（Java8 中，当链表中的元素超过了 8 个以后，会将链表转换为红黑树）单向链表的时间复杂是O(N)，采用红黑树将时间复杂度降到O(logN)。

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

那么，如果我们在删除容器中的元素的时候，删到多少才使得红黑树的存储结构转为链表呢？答案是6。

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

也就是说，在JDK8之后，创建HashMap对象=>添加数组中同一个位置元素超过8个=>该位置链表转为红黑树=>删除数组中同一个位置元素少于6个=>该位置红黑树转为列表。

最小树形化的策略

最小树形化容量阈值：即当哈希表中的容量 > 该值时，才允许树形化链表（即将链表转换成红黑树），否则，若桶内元素太多时，则直接扩容，而不是树形化。为了避免进行扩容、树形化选择的冲突，这个值不能小于 4 * TREEIFY_THRESHOLD。

也就是说，当数组中某个桶中的元素大于8，数组容量小于64时，使用容量进行两倍扩容（其实就是用扩容代替链表转红黑树操作）。当数组中某个桶中的元素大于8且数组容量大于64时，链表转红黑树操作。

hashMap并不是在链表元素个数大于8就一定会转换为红黑树，而是先考虑扩容，扩容达到默认限制后才转换

hashMap的红黑树不一定小于等于6的时候就会转换为链表，而是只有在resize的时候才会根据 UNTREEIFY_THRESHOLD（6）进行转换

HashMap怎么解决碰撞问题的?

Java中HashMap是利用“拉链法”处理HashCode的碰撞问题。

在调用HashMap的put方法或get方法时，都会首先调用hashcode方法，去查找相关的key，当有冲突时，再调用equals方法。

hashMap基于hasing原理，我们通过put和get方法存取对象。当我们将键值对传递给put方法时，他调用键对象的hashCode()方法来计算hashCode，然后找到bucket（哈希桶）位置来存储对象。

当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。

HashMap使用链表来解决碰撞问题，当碰撞发生了，对象将会存储在链表的下一个节点中。hashMap在每个链表节点存储键值对对象。当两个不同的键却有相同的hashCode时，他们会存储在同一个bucket位置的链表中。

键对象的equals()来找到键值对。

HashMap的一些特点

HashMap的5个特点
HashMap键不可重复，值可重复
底层hash表
具有很快的访问速度，遍历顺序不确定
线程不安全，若需要线程安全则需要使用Collections中的synchronizedMap方法来保障
允许key值为null，value值也为null

一些误区

问1：是否可以两个key值为null？

答1：不可以，后者会把前者覆盖

问2：HashMap插入时，使用头插法还是尾插法？

答2：在插入时采用尾插法（1.7是头插法），在并发场景下导致链表成环的问题。而在jdk1.8中采用尾插入法，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。

头插法和尾插法

头插法带来的环状

一些不足和解决方式

HashMap不是线程安全的.

Java中有HashTable、Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap可以实现线程安全的Map。

HashTable是直接在操作方法上加synchronized关键字，锁住整个数组，粒度比较大。因为synchronized关键字每次执行都会调用操作系统的锁来保证线程安全，也就是每次执行代码块，都要涉及 “用户态” 到 “内核态” 的转变，十分消耗资源。

Collections.synchronizedMap是使用 Collections集合工具的内部类，通过传入Map封装出一个SynchronizedMap对象，内部定义了一个对象锁，方法内通过对象锁实现。

ConcurrentHashMap使用分段锁，降低了锁粒度，让并发度大大提高我们一般都会使用HashTable或者ConcurrentHashMap，但是因为前者的并发度的原因基本上没啥使用场景了，所以存在线程不安全的场景我们都使用的是ConcurrentHashMap。

HashTable我看过他的源码，很简单粗暴，直接在方法上锁，并发度很低，最多同时允许一个线程访问，ConcurrentHashMap就好很多了，1.7和1.8有较大的不同，不过并发度都比前者好太多了