HashMap 如何确定key值的位置

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部分参考资料
https://blog.csdn.net/j1231230/article/details/78072115

今天有幸去玩吧面试Android工程师一岗位，面试过程轻松愉快。在面试过程中被问到关于HashMap相关的问题。
1.HashMap的数据结构？
答：数组+链表。java8以后增加红黑二叉树，为了优化链表过长时的查找速度。（这里简单的介绍一下红黑二叉树的特点，及优点。链表转红黑树的时机就可以了）
2.HashMap是否线程安全？
答：不安全
3.如果想使用线程安全的HashMap该如何做？
答：1.Collections 工具类中 synchronizedCollection
2.采用装饰者模式实现map接口对HashMap进行封装。
3. ConcurrentHashMap 这个也是最推荐使用的线程安全的Map，也是实现方式最复杂的一个集合，每个版本的实现方式也不一样，在jdk8之前是使用分段加锁的一个方式，分成16个桶，每次只加锁其中一个桶，而在jdk8又加入了红黑树和CAS算法来实现。

4.HashMap怎么通过key判断索引位置的？
答：通过Hash算法，获取key的Hash值，通过indexFor算法计算真实索引

   // 获取key对应的value
    public V get(Object key) {
       if (key == null)
            return getForNullKey();
     // 获取key的hash值
       int hash = hash(key.hashCode());
       // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
       for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];
            e != null;
            e = e.next) {
            Object k;
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
               return e.value;
            }
        return null;
    }

indexFor算法的精髓

static int indexFor(int h, int length) {
    return h & (length-1);
}

它没有对hash表的长度取余而使用了位运算来得到索引，这是为什么呢，顿生怀疑~（PS：当时老朽就答的取余）

HashMap的初始容量和扩容都是以2的次方来进行的，那么length-1换算成二进制的话肯定所有位都为1，就比如2的3次方为8，length-1的二进制表示就是111， 而按位与计算的原则是两位同时为“1”，结果才为“1”，否则为“0”。所以h& (length-1)运算从数值上来讲其实等价于对length取模，也就是h%length。

如果不满足前提条件“HashMap的初始容量和扩容都是以2的次方来进行的”，会发生什么问题呢？
假设当前table的length是15，二进制表示为1111，那么length-1就是1110，此时有两个hash值为8和9的key需要计算索引值，计算过程如下：

8的二进制表示：1000
8&（length-1）= 1000 & 1110 = 1000，索引值即为8;
9的二进制表示：1001
9&（length-1）= 1001 & 1110 = 1000，索引值也为8;

这样一来就产生了相同的索引值，也就是说两个hash值为8和9的key会定位到数组中的同一个位置上形成链表，这就产生了碰撞。
而查询的时候需要遍历这个链表，这样就降低了查询的效率。同时，我们也可以发现，当数组长度为15的时候，hash值会与length-1（1110）进行按位与，那么最后一位永远是0，而0001，0011，0101，1001，1011，0111，1101这几个位置永远都不能存放元素了，会造成严重的空间浪费，更糟的是这种情况下，数组可以使用的位置比数组长度小了很多，这意味着进一步增加了碰撞的几率，减慢了查询的效率。

因此可以看出，只有当数组长度为2的n次方时，不同的key计算得出的index索引相同的几率才会较小，数据在数组上分布也比较均匀，碰撞的几率也小，相对的，查询的时候就不用遍历某个位置上的链表，这样查询效率也就较高了。

此外，位运算快于十进制运算，hashmap扩容也是按位扩容，这样同时也提高了运算效率。