PS：整理的稍微有點急，不足之處，望各路道友指正，List相關可以查看前一篇隨筆！
HashMap的工作原理是近年來常見的Java面試題，幾乎每個Java程序員都知道HashMap，都知道哪里要用HashMap，知道HashTable和HashMap之間的區別，那么為何這道面試題如此特殊呢？是因為這道題考察的深度很深，關於HashMap的相關題目經常出現在java各層次（低級、中級、中高級或高級）面試中，甚至有些公司會要求你實現HashMap來考察你的編程能力。ConcurrentHashMap和其它同步集合的引入讓這道題變得更加復雜！說到HashMap，在這里首先借來一張圖來展現哈希表的結構：
看過了哈希表的結構之后，我們再回到HashMap，HashMap是基於哈希表實現的Map，所以我們首先要了解到，HashMap里面實現一個靜態內部類Entry，其重要的屬性有 key , value, next，從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對實現的一個基礎bean，我們上面說到HashMap的基礎就是一個線性數組，這個數組就是Entry[]，Map里面的內容都保存在Entry[]里面。好了，摘來一些前面的話，接下來我們來回到HashMap面試題的這個問題上來！
1、“你用過HashMap嗎？”
答：在這里，相信幾乎所有人的回答都會是 yes！
2、 “HashMap的數據結構？”“什么是HashMap？你為什么用到它？”
答：查看百科，我們得知，HashMap是基於哈希表的 Map 接口的實現。此實現提供所有可選的映射操作，並允許使用 null 值和 null 鍵（除了非同步和允許使用 null 之外，HashMap 類與 Hashtable 大致相同）此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恆久不變！好，說到這，那么你為何使用HashMap呢，相信大多數人在這里都會回答HashMap的一些特性，諸如上面提到的HashMap可以允許null鍵值和value（這里切記，HashMap的key為null的情況只能出現一個，而value為null可以有多個），而hashtable不能；HashMap是非synchronized（非線程安全）;HashMap很快；以及HashMap存儲的是鍵值對等等（hashtable線程安全）。是的，回答上面這些關於HashMap和hashtable之間的區別就基本上夠了，為什么用到，無外乎就是因為他提供了一些hashtable所沒有的而已，好的，到這里，已經能夠顯示出你已經用過HashMap，而且對它相當的熟悉了。那么好了，說了這么多，HashMap的數據結構又是怎樣的呢？相信不少人對這個問題並沒有深入的了解，要知道，在java編程語言中，最基本的結構就是兩種，一個是數組，另外一個是模擬指針（引用），所有的數據結構都可以用這兩個基本結構來構造，HashMap也不例外。Hashmap實際上是一個數組和鏈表的結合體（在數據結構中，一般稱之為“鏈表散列“），請看下圖（橫排表示數組，縱排表示數組元素【實際上是一個鏈表】）。
當我們往HashMap中put元素的時候，先根據key的hash值得到這個元素在數組中的位置（即下標），然后就可以把這個元素放到對應的位置中了。如果這個元素所在的位子上已經存放有其他元素了，那么在同一個位子上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的放在鏈頭，最先加入的放在鏈尾。從HashMap中get元素時，首先計算key的hashcode，找到數組中對應位置的某一元素，然后通過key的equals方法在對應位置的鏈表中找到需要的元素。從這里我們可以想象得到，如果每個位置上的鏈表只有一個元素，那么HashMap的get效率將是最高的。。。。
3、“你知道HashMap的工作原理嗎？” “你知道HashMap的get()方法的工作原理嗎？”
答：其實就這個問題，在上一題中已經有了簡單的涉獵，好了，這里，我們大致可以做出這樣的回答，HashMap是基於hashing的原理，我們使用put(key, value)存儲對象到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取對象（value）。當我們給put()方法傳遞鍵和值時，我們先對鍵調用hashCode()方法，返回的hashCode用於找到bucket位置來儲存Entry對象。這里關鍵點在於指出，HashMap是在bucket中儲存鍵對象和值對象，作為Map.Entry。嗯，如此回答，基本上算得上相當正確了，也顯示出面試者確實知道hashing以及HashMap的工作原理，那么接下來我們還需要知道的是HashMap與別的Map之間的區別以及一些涉及場景的問題了！
嗯，既然說到HashMap的get（）方法，那么我在這里順帶就拿來put（）和get（）方法的源代碼分析分析：
首先看看put（）方法的實現，
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value); //null總是放在數組的第一個鏈表中
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
//遍歷鏈表
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//如果key在鏈表中已存在，則替換為新value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); //參數e, 是Entry.next
//如果size超過threshold，則擴充table大小。再散列
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
再看看get（）方法：
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
//先定位到數組元素，再遍歷該元素處的鏈表
for (Entry<K,V> 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;
}
上面的兩個方法都是常規的時候，相信用過HashMap的小伙伴都知道HashMap可以存儲null鍵值對，我們知道，null key總是存放在Entry[]數組第一個元素，好，接下來我們來看看，HashMap中是如何存取null鍵值對的：
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
private V getForNullKey() {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
根據源代碼我可知，在HashMap中，null可以作為鍵，這樣的鍵只有一個；可以有一個或多個鍵所對應的值為null。當get()方法返回null值時，即可以表示HashMap中沒有該鍵，也可以表示該鍵所對應的值為null。因此，在HashMap中不能由get()方法來判斷HashMap中是否存在某個鍵，而應該用containsKey()方法來判斷。
4、“HashMap Hashtable LinkedHashMap 和TreeMap？”
答：首先我們知道，java為數據結構中的映射定義了一個接口java.util.Map；它有四個實現類,分別是HashMap Hashtable LinkedHashMap 和TreeMap.
Map主要用於存儲健值對，根據鍵得到值，因此不允許鍵重復(重復了覆蓋了)，但允許值重復！
Hashmap 是一個最常用的Map，它根據鍵的HashCode值存儲數據，根據鍵可以直接獲取它的值，具有很快的訪問速度，遍歷時，取得數據的順序是完全隨機的。 HashMap最多只允許一條記錄的鍵為Null，允許多條記錄的值為 Null；HashMap不支持線程的同步，即任一時刻可以有多個線程同時寫HashMap，可能會導致數據的不一致。如果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力，或者使用ConcurrentHashMap。
Hashtable與 HashMap類似，它繼承自Dictionary類，不同的是：它不允許記錄的鍵或者值為空；它支持線程的同步，即任一時刻只有一個線程能寫Hashtable，因此也導致了 Hashtable在寫入時會比較慢。（主要區別就是以上兩點是相反的，HashMap進一步改進了）
LinkedHashMap 是HashMap的一個子類，保存了記錄的插入順序，在用Iterator遍歷LinkedHashMap時，先得到的記錄肯定是先插入的。也可以在構造時用帶參數，按照應用次數排序。在遍歷的時候會比HashMap慢，不過有種情況例外，當HashMap容量很大，實際數據較少時，遍歷起來可能會比 LinkedHashMap慢，因為LinkedHashMap的遍歷速度只和實際數據有關，和容量無關，而HashMap的遍歷速度和他的容量有關。
TreeMap實現了SortMap接口，能夠把它保存的記錄根據鍵排序，默認是按鍵值的升序排序，也可以指定排序的比較器，當用Iterator 遍歷TreeMap時，得到的記錄是排過序的。
一般情況下，我們用的最多的是HashMap,在Map 中插入、刪除和定位元素，HashMap 是最好的選擇。但如果您要按自然順序或自定義順序遍歷鍵，那么TreeMap會更好。如果需要輸出的順序和輸入的相同，那么用LinkedHashMap 可以實現，它還可以按讀取順序來排列。
4、“SynchronizedMap和ConcurrentHashMap的區別？”
答：在上面我們已經提到過，HashMap和hashtable之間的一大區別就是是否線程安全，而在上一題也說到過，如果HashMap需要同步，可以使用Collections類中提供的SynchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力，或者也可以使用ConcurrentHashMap方法，好，既然我們知道可以用這兩個方法實現，那么我們也應該了解到這兩個方法的區別所在：
首先來看下java中Collections工具類中的SynchronizedMap方法：
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {
return new SynchronizedMap<K,V>(m);
}
該方法返回的是一個SynchronizedMap的實例。SynchronizedMap類是定義在Collections中的一個靜態內部類，它實現了Map接口，並對其中的每一個方法實現，通過synchronized關鍵字進行了同步控制。（PS：hashtable容器就是使用的Synchronized方法進行同步控制來保證線程安全的，效率十分低下）
顯而易見，在這個類中，需要對每個方法進行同步控制，當需要迭代時，這種操作效率無疑是十分低下的，所以我們不得不考慮別的方法了，於是就有了更好的選擇 ConcurrentHashMap，對於這個具體不贅述，總結如下。
Collections.synchronizedMap()與ConcurrentHashMap主要區別是：Collections.synchronizedMap()和Hashtable一樣，實現上在調用map所有方法時，都對整個map進行同步，而ConcurrentHashMap的實現卻更加精細，它對map中的所有桶加了鎖。所以，只要要有一個線程訪問map，其他線程就無法進入map，而如果一個線程在訪問ConcurrentHashMap某個桶時，其他線程，仍然可以對map執行某些操作。這樣，ConcurrentHashMap在性能以及安全性方面，明顯比Collections.synchronizedMap()更加有優勢。另外，ConcurrentHashMap必然是個HashMap，而Collections.synchronizedMap()可以接收任意Map實例，實現Map的同步。
4、“在HashMap中，當兩個不同的鍵對象的hashcode相同會發生什么？”
答：這里我們首先要知道的是，HashMap中有hashcode（）和equals（）兩個方法，所以兩個對象就算hashcode相同，但是它們可能並不相等，在HashMap的處理中，因為hashcode相同，所以它們的bucket位置相同，‘碰撞’就會發生。因為HashMap使用LinkedList存儲對象，這個Entry(包含有鍵值對的Map.Entry對象)會存儲在LinkedList中。【這里提供一個標准的回答，當兩個不同的鍵對象的hashcode相同時，它們會儲存在同一個bucket位置的LinkedList中。鍵對象的equals()方法可以用來找到鍵值對！】接着這個問題，面試官可能還會更一步問下去，“如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值對象？” 這里，我們可以嘗試這樣回答：當我們調用get()方法，HashMap會使用鍵對象的hashcode找到bucket位置，然后獲取值對象。（面試官提醒他如果有兩個值對象儲存在同一個bucket），我們可以補充回答，在找到bucket位置之后，會調用keys.equals()方法去找到鏈表（LinkedList）中正確的節點，將會遍歷鏈表直到找到值對象，最終找到要找的值對象！
5、“如果HashMap的大小超過了負載因子(load factor)定義的容量，怎么辦？”
答：首先看看java定義負載因子：
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75F;
可以看出，默認的負載因子大小為0.75，也就是說，當一個map填滿了75%的bucket時候，和其它集合類(如ArrayList等)一樣，將會創建原來HashMap大小的兩倍的bucket數組，來重新調整map的大小，並將原來的對象放入新的bucket數組中。這個過程叫作rehashing，因為它調用hash方法找到新的bucket位置。
6、“你了解重新調整HashMap大小存在什么問題嗎？”
答：（當多線程的情況下，可能產生條件競爭(race condition)）
當重新調整HashMap大小的時候，確實存在條件競爭，因為如果兩個線程都發現HashMap需要重新調整大小了，它們會同時試着調整大小。在調整大小的過程中，存儲在鏈表中的元素的次序會反過來，因為移動到新的bucket位置的時候，HashMap並不會將元素放在鏈表的尾部，而是放在頭部，這是為了避免尾部遍歷(tail traversing)。如果條件競爭發生了，那么就死循環了。這個時候，你可以質問面試官，為什么這么奇怪，要在多線程的環境下使用HashMap呢？
最后再摘抄一些網絡上比較多的相關題目放在這里，也供自己參考：
為什么String, Interger這樣的wrapper類適合作為鍵？
String, Interger這樣的wrapper類作為HashMap的鍵是再適合不過了，而且String最為常用。因為String是不可變的，也是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper類也有這個特點。不可變性是必要的，因為為了要計算hashCode()，就要防止鍵值改變，如果鍵值在放入時和獲取時返回不同的hashcode的話，那么就不能從HashMap中找到你想要的對象。不可變性還有其他的優點如線程安全。如果你可以僅僅通過將某個field聲明成final就能保證hashCode是不變的，那么請這么做吧。因為獲取對象的時候要用到equals()和hashCode()方法，那么鍵對象正確的重寫這兩個方法是非常重要的。如果兩個不相等的對象返回不同的hashcode的話，那么碰撞的幾率就會小些，這樣就能提高HashMap的性能。
我們可以使用自定義的對象作為鍵嗎？ 這是前一個問題的延伸。當然你可能使用任何對象作為鍵，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定義規則，並且當對象插入到Map中之后將不會再改變了。如果這個自定義對象時不可變的，那么它已經滿足了作為鍵的條件，因為當它創建之后就已經不能改變了。
我們可以使用CocurrentHashMap來代替HashTable嗎？這是另外一個很熱門的面試題，因為ConcurrentHashMap越來越多人用了。我們知道HashTable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步性能更好，因為它僅僅根據同步級別對map的一部分進行上鎖。ConcurrentHashMap當然可以代替HashTable，但是HashTable提供更強的線程安全性。
能否讓HashMap同步？HashMap可以通過下面的語句進行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);
結束語：關於HashMap的問題當然不是這么一篇小小的隨筆和匯總能夠說清楚的，更多的相關知識還需要我們不停的在實踐中使用，去比較才能發現，這里關於List和Set並沒有做過多的涉獵，因為在之前面試的總結中有基本內容的涉及，大家可以稍微借鑒，當然如果要閱讀源代碼的同道可以自己查看相關源代碼即可了，這里最后對HashMap的工作原理稍微做個簡單的總結：
HashMap是基於hashing原理的，它是一種數組和鏈表的結合體，在實現對象的存取時，我們通過put()和get()方法儲存和獲取對象。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode，然后找到bucket位置來儲存值對象。當獲取對象時，通過鍵對象的equals()方法找到正確的鍵值對，然后返回值對象。HashMap使用LinkedList來解決碰撞問題，當發生碰撞了，對象將會儲存在LinkedList的下一個節點中。 HashMap在每個LinkedList節點中儲存鍵值對對象。
在最后再補充一個問題：
什么是hash，什么是碰撞，什么是equals ？
Hash：是一種信息摘要算法，它還叫做哈希，或者散列。我們平時使用的MD5,SHA1都屬於Hash算法，通過輸入key進行Hash計算，就可以獲取key的HashCode()，比如我們通過校驗MD5來驗證文件的完整性。
碰撞：好的Hash算法可以出計算幾乎出獨一無二的HashCode，如果出現了重復的hashCode，就稱作碰撞;就算是MD5這樣優秀的算法也會發生碰撞，即兩個不同的key也有可能生成相同的MD5。
HashCode，它是一個本地方法，實質就是地址取樣運算；
==是用於比較指針是否在同一個地址；
equals與==是相同的。
如何減少碰撞？
使用不可變的、聲明作final的對象，並且采用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生，提高效率。不可變性使得能夠緩存不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取對象的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇
-by 小仇哥 整理於23:51:28