HashMap底层实现原理详解

一、HashMap重要知识点

1. HashMap是无序且不安全的数据结构。
2. HashMap 是以key–value对的形式存储的，key值是唯一的（可以为null），一个key只能对应着一个value，但是value是可以重复的。
3. HashMap 如果再次添加相同的key值，它会覆盖key值所对应的内容，这也是与HashSet不同的一点，Set通过add添加相同的对象，不会再添加到Set中去。
4. HashMap 提供了get方法，通过key值取对应的value值，但是HashSet只能通过迭代器Iterator来遍历数据，找对象。

二、HashMap常用方法

三、JDK1.7与JDK1.8的HashMap区别

1. jdk8中添加了红黑树，当链表长度大于等于8的时候链表会变成红黑树
2. 链表新节点插入链表的顺序不同（jdk7是插入头结点，jdk8因为要把链表变为红 黑树所以采用插入尾节点）
3. hash算法简化 ( jdk8 )
4. resize的逻辑修改（jdk7会出现死循环，jdk8不会）

四、HashMap的负载因子是多少？为什么？

1. 阈值(threshold) = 负载因子(loadFactor) x 容量(capacity) 根据HashMap的扩容机制，他会保证容量(capacity)的值永远都是2的幂 为了保证负载因子x容量的结果是一个整数，这个值是0.75(4/3)比较合理，因为这个数和任何2的次幂乘积结果都是整数。
2. 理论上来讲，负载因子越大，导致哈希冲突的概率也就越大，负载因子越小，费的空间也就越大,这是一个无法避免的利弊关系，所以通过一个简单的数学推理，可以测算出这个数值在0.75左右是比较合理的。

五、HashMap的扩容机制

写数据之后会可能触发扩容，HashMap结构内，有一个记录当前数据量的字段，如果这个数据量字段到达扩容阈值的话，它就会触发扩容的操作。

为什么扩容是通过位移运算而不是直接乘以2？

因为cpu毕竟它不支持乘法运算，所有的乘法运算它最终都是再指令层面转化为了加法实现的，这样效率很低，如果用位运算的话对cpu来说就非常的简洁高效。

为什么HashMap初始化长度是16？

hahmap每次扩容都是以 2的整数次幂进行扩容。

因为是将二进制进行按位于，(16-1) 是 1111,末位是1，这样也能保证计算后的index既可以是奇数也可以是偶数，并且只要传进来的key足够分散，均匀那么按位于的时候获得的index就会减少重复，这样也就减少了hash的碰撞以及hashMap的查询效率。

为什么不是8或者4？

因为是8或者4的话很容易导致map扩容影响性能，如果分配的太大的话又会浪费资源，所以就使用16作为初始大小。

六、HashMap的结构

Jdk1.7：数组 + 链表 ( 当数组下标相同，则会在该下标下使用链表)
Jdk1.8：数组 + 链表 + 红黑树 (预值为8 如果链表长度<=8则会把链表变成红黑树 )
Jdk1.7中链表新元素添加到链表的头结点,先加到链表的头节点,再移到数组下标位置
Jdk1.8中链表新元素添加到链表的尾结点
(数组通过下标索引查询，所以查询效率非常高，链表只能挨个遍历，效率非常低。jdk1.8及以
上版本引入了红黑树，当链表的长度大于或等于8的时候则会把链表变成红黑树，以提高查询效率)

七、JDK1.8中HashMap为什么要引入红黑树?

其实主要就是为了解决jdk1.8以前hash冲突所导致的链化严重的问题，因为链表结构的查询效率是非常低的，他不像数组，能通过索引快速找到想要的值，链表只能挨个遍历，当hash冲突非常严重的时候，链表过长的情况下，就会严重影响查询性能，本身散列列表最理想的查询效率为O(1)，当时链化后链化特别严重，他就会导致查询退化为O(n)为了解决这个问题所以jdk8中的HashMap添加了红黑树来解决这个问题，当链表长度>=8的时候链表就会变成红黑树，红黑树其实就是一颗特殊的二叉排序树嘛，这个时间复杂…反正就是要比列表强很多