全面解析HashMap（哈希碰撞，哈希扩容，“死锁”解决，手写HashMap）

HashMap在工作中是最常用的一个集合，也是面试中最常问的知识点，现在就让我带你走进HashMap,揭开HashMap的真实面目。

先看几个HashMap的面试题，看你是否能回答上来：
初级面试题：
1、JDK8中的HashMap有哪些改动？
（红黑树，哈希值，链表结点的添加，扩容的机制）。
2、JDK8中为什么要使用红黑树？
3、为什么重写对象的Equals方法时，要重写HashCode方法，跟HashMap有关系吗？为什么？
4、HashMap是线程安全的吗？遇到ConcurrentModificationException异常吗？为什么会出现？如何解决？
5、在使用HashMap的过程中我们应该注意哪些问题？

高级面试题：
1.笔试中要求你手写HashMap
2.你知道HashMap的工作原理吗？
3.HashMap中的“死锁”是怎么回事？
4.HashMap中能put两个相同的Key吗？为什么能或为什么不能？
5.HashMap中的键值可以为Null吗？能简单说一下原理吗？
6.HashMap的扩容机制是怎么样的？JDK7与JDK8有什么不同吗？

HashMap底层是怎么实现的？
JDK7 是数组加链表，而
JDK8是数组加链表/红黑树。当链表长度太长（默认超过8）时，链表就转换为红黑树，利用红黑树快速增删改查的特点提高HashMap的性能。

现在用一个例子看一下JDK7的底层实现：

package com.ycc.hashmap;

import java.util.HashMap;

/**
 * @author lenovo
 */
public class HashMapTest {

    public static void main(String[] args){
        HashMap hashMap=new HashMap();
        hashMap.put("张三","张三");
        hashMap.put("李四","李四");
        hashMap.put("王五","王五");
        hashMap.put("赵六","赵六");
        hashMap.put("谢七","谢七");
        System.out.println(hashMap.get("张三"));

        for (String key:hashMap.keySet()) {
            Integer hash=key.hashCode();
            Integer index=hash%8;
            System.out.println(String.format("%s的哈希值是%s,取模后index is %s",key,hash,index));
        }
    }
}

打印结果：

具体的如图所示：在数组索引值相同的情况下，通过链表将所有的数组索引值相同的元素存起来。

解决这种冲突的方法还有散列法，就是发生冲突的时候，再通过一个公式操作，取得没有与别的的下标重复的位置，放进去。HashMap采取是链表法。

那现在有新的元素进来（比如现在一个“程八”进来，数组下标也是1），是放在链表的头部好还是链表的尾部好呢？
站在性能的角度上考虑,对于一个链表肯定放在最前面好，你放在尾部，你都需要去遍历，顺着链表一个一个找下去，直到找到你要的元素。那放在最前面会导致什么问题？当你要找程八的时候，他会找到数组下标为1的位置，但是它是一个链表，你可以往下面找，但是你不能往上面找到程八。那怎么办呢？

JDK7的解决办法实现：就是你往链表的头部加完之后，他会移动一下。其实就是移动他的头结点，移完之后，他下面的值都可以get到了。这就是JDK1.7中put的思路。

现在我们试着写一个HashMap:

package com.ycc.hashmap;

/**
 * @author lenovo
 * 仿JDK7的HashMap
 */
public class MyHashMap{

    private Entry[] table;
    private static Integer CAPACITRY=8;
    private Integer size=0;
    public MyHashMap(){
        //初始化数组，容量刚开始为8
        this.table=new Entry[CAPACITRY];
    }
    public int size() {
        //计算size值我们可能会想到遍历数组，但是这样性能不高
        //HashMap的这边是定义一个属性size，每次增加元素，删除元素，对size加减就行，然后给他返回就行
        return size;
    }
    public V get(K key) {

        //获取到传进来的key的hash值
        Integer hash=key.hashCode();
        //用哈希值对数组的容量取模，获得数组的下标值。
        Integer index=hash%table.length;

        //相同key,value覆盖的操纵,他返回的是老的value值
        for (Entry entry=table[index];entry!=null;entry=entry.next) {
            if(key.equals(entry.k)){
                return entry.v;
            }
        }
        return null;
    }

    public V put(K key, V value) {


        //获取到传进来的key的hash值
        //HashMap哈希值的获取进行了很多右移和异或的操作（目的：让高四位参与进来运算，让元素分散得更散列，链表的缺点就是查找慢，数组更散列那么get就更方便）
        Integer hash=key.hashCode();
        //用哈希值对数组的容量取模，获得数组的下标值。
        //HashMap在这边是用与操作来获得索引值（二次方数和与操作配合使用）
        Integer index=hash%table.length;

        //相同key,value覆盖的操纵,他返回的是老的value值
        for (Entry entry=table[index];entry!=null;entry=entry.next) {
            if(key.equals(entry.k)){
                V oldValue=entry.v;
                entry.v=value;
                return oldValue;
            }
        }

        //添加元素
        addEntry(key, value, index);

        return null;
    }

    private void addEntry(K key, V value, Integer index) {
        //元素进来的时候，让他先指向原来的数组上的值，然后再
        //把当前数组赋值给我们新的元素，这样就达到了插在头部的操作。
        table[index]=new Entry(key,value,table[index]);

        size++;
    }

    class Entry{
        public K k;
        public V v;
        public Entry next;
        public Entry(K k,V v,Entry next){
            this.k=k;
            this.v=v;
            this.next=next;
        }
    }


    public static void main(String[] args){
        MyHashMap myHashMap=new MyHashMap();
        for(int i=0;i<10;i++){
            String put = myHashMap.put("1" + i, "周" + i);
        }
        System.out.println(myHashMap.get("1"));
    }
}

这时候，你开Debug去运行，查看是否有运用到链表，我们初始的容量是8，所以这时候，put10个数据进去，肯定会运用到数组。可以看到：数组下标为0的位置存放着周9，而他next的元素就是周1，就是链表实现的。

HashMap扩容：
JDK7的时候，Hashmap扩容的时候，当有新的元素进来的时候，他不仅仅会判断是否大于阈值，还会看当前的数组位置是否为空，就算这时候已经大于阈值了，但是当前数组位置为空的时候，他也不会扩容。
数组扩容只有一个办法：只能把元素存入一个新的数组

现在讲一讲JDK8的实现：

jdk1.8中在计算新位置的时候并没有跟1.7中一样重新进行hash运算，而是用了原位置+原数组长度这样一种很巧妙的方式，而这个结果与hash运算得到的结果是一致的，只是会更块。rehash之后，元素的位置要么是在原位置，要么是在原位置再移动2次幂的位置。

Jdk8是元素在加在链表的尾部，原因是他必须遍历链表，要知道阈值的大小，变化红黑树，还能解决JDK1.7的死循环的情况，一举两得。

ConcurrentModificationException异常，为什么会出现？如何解决？

package com.ycc.hashmap;

import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;

public class ExceptionTest {

    public static void main(String[] args){
        HashMap hashMap=new HashMap();
        hashMap.put("张三","张三");
        hashMap.put("李四","李四");
        hashMap.put("王五","王五");
        hashMap.put("赵六","赵六");
        hashMap.put("谢七","谢七");
        //modCount=5  modCount代表操作次数，get和put方法中执行一次他都会++

        Iterator iterator=hashMap.keySet().iterator();//iterator迭代器初始化,这时候在父类中expectedModCount=5也初始化好了，不会变。
        while(iterator.hasNext()){
            String key=iterator.next();//第二次循环的时候，next方法中，modCoun就不等于expectedModCount，就会报错
                                       //其实当你多线程的时候，也会出现这个情况，两个值不相等报错。
                                      //这个其实是一个容错机制，当我这个线程在读的过程中，如果有别的线程修改我的值，我就报错，不让你用了。
            if(key.equals("张三")){
                hashMap.remove(key);//执行完代码之后，modCount=6
            }
        }

        System.out.println(hashMap);

    }
}

解决方案：

使用ConcurrentHashMap代替HashMap，ConcurrentHashMap会自己检查修改操作，对其加锁，也可针对插入操作。

Map map = new ConcurrentHashMap();			
map.putAll(param);
for (Map.Entry entry : map.entrySet()) {
	String key = entry.getKey();
	map.remove(key);