【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value
String 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-value
stringStringHashMap.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（ 2 4 2^4 24）； 2 30 2^{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20
int n = c - 1;
// n=31或19
n |= 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32
return (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 2 n 2^n 2n，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