作者：孤獨煙 出處： http://rjzheng.cnblogs.com/
文章由點及線再及面，寫的非常好。修改部分內容
參考資料2：美團技術團隊 https://tech.meituan.com/2016/06/24/java-hashmap.html
- (1) HashMap的實現原理
- (2) HashMap在什么條件下擴容?
- (3) 講講HashMap的get/put的過程?
- (4) 為什么HashMap的在鏈表元素數量超過8時改為紅黑樹?
- (5) HashMap的並發問題?
- (6) 你一般用什么作為HashMap的key?
(1) HashMap的實現原理
此題可以分為下面幾個小問題來問
• 看過HashMap源碼嗎，知道原理嗎?
• 為什么用數組+鏈表？
• hash沖突你還知道哪些解決辦法？
• 用LinkedList代替數組結構可以么?
• 了解TreeMap嗎?
看過HashMap源碼嗎，知道原理嗎?
HashMap采用Entry數組來存儲key-value對，每一個鍵值對組成了一個Entry實體，Entry類實際上是一個單向的鏈表結構，它具有Next指針，可以連接下一個Entry實體。 只是在JDK1.8中，鏈表長度大於8的時候，鏈表會轉成紅黑樹。
為什么用數組+鏈表？
數組是用來確定桶的位置，利用元素的key的hash值對數組長度取模得到. 鏈表是用來解決hash沖突問題，當出現hash值一樣的情形，就在數組上的對應位置形成一條鏈表。
ps: 這里的hash值並不是指hashcode，而是將hashcode高低十六位異或過的。至於為什么要這么做，繼續往下看。
hash沖突你還知道哪些解決辦法？
比較出名的有四種 (1)開放定址法 (2)鏈地址法 (3)再哈希法 (4)公共溢出區域法
HashMap中使用的是鏈地址法。
用LinkedList代替數組結構可以么?
當然是可以的，稍微說明一下，此題的意思是，源碼中是這樣的
Entry[] table = new Entry[capacity];
ps: Entry就是一個鏈表節點。 那下面這樣表示，是否可行?
List<Entry> table = new LinkedList<Entry>();
答案很明顯，是可以的。
既然是可以的,為什么HashMap不用LinkedList,而選用數組?
因為用數組效率最高！在HashMap中，定位桶的位置是利用元素的key的哈希值對數組長度取模得到。此時，我們已得到桶的位置。顯然數組的查找效率比LinkedList大。
那ArrayList，底層也是數組，查找也快啊，為啥不用ArrayList?
因為采用基本數組結構，擴容機制可以自己定義，HashMap中數組擴容剛好是2的次冪，在做取模運算的效率高。 而ArrayList的擴容機制是1.5倍擴容，那ArrayList為什么是1.5倍擴容這就不在本文說明了。
了解TreeMap嗎?
TreeMap 則是基於紅黑樹的一種提供順序訪問的 Map，和HashMap不同，它的get、put、remove之類操作都是O(logn)的復雜度，具體順序可以由指定的Comparator來決定，或者根據鍵的自然順序來判斷
了解CurrentHashMapp嗎
Java8 ConcurrentHashMap結構基本上和Java8的HashMap一樣，使用synchronized+CAS來保證線程安全性。
(2) HashMap在什么條件下擴容?
• HashMap在什么條件下擴容?
• 為什么擴容是2的n次冪?
• 為什么要先高16位異或低16位再取模運算?
HashMap在什么條件下擴容?
如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize。 load factor為0.75，為了最大程度避免哈希沖突 current capacity為當前數組大小。
為什么擴容是2的次冪?
HashMap為了存取高效，要盡量較少碰撞，就是要盡量把數據分配均勻，每個鏈表長度大致相同，這個實現就在把數據存到哪個鏈表中的算法
這個算法實際就是取模，hash%length。 但是，大家都知道這種運算不如位移運算快。
因此，源碼中做了優化hash&(length-1)。 也就是說hash%length==hash&(length-1)
為什么要先高16位異或低16位再取模運算?
來看一下jdk1.8里的hash方法源碼。1.7的比較復雜，就不看了。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
hashmap這么做，是為了降低hash沖突的幾率。
(3) 講講HashMap的get/put的過程?
• 知道hashmap中put元素的過程是什么樣嗎?
• 知道hashmap中get元素的過程是什么樣嗎？
• hash算法是干嘛的？還知道哪些hash算法？
• 說說String中hashcode的實現?(常考)
知道hashmap中put元素的過程是什么樣嗎?
對key的hashCode()做hash運算，計算index; 如果沒碰撞直接放到bucket里； 如果碰撞了，以鏈表的形式存在buckets后； 如果碰撞導致鏈表過長(大於等於TREEIFY_THRESHOLD)，就把鏈表轉換成紅黑樹(JDK1.8中的改動)； 如果節點已經存在就替換old value(保證key的唯一性) 如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize。
知道hashmap中get元素的過程是什么樣嗎?
對key的hashCode()做hash運算，計算index; 如果在bucket里的第一個節點里直接命中，則直接返回； 如果有沖突，則通過key.equals(k)去查找對應的Entry;
• 若為樹，則在樹中通過key.equals(k)查找，O(logn)；
• 若為鏈表，則在鏈表中通過key.equals(k)查找，O(n)。
hash算法是干嘛的？還知道哪些hash算法？
Hash函數是指把一個大范圍映射到一個小范圍。把大范圍映射到一個小范圍的目的往往是為了節省空間，使得數據容易保存。
比較出名的算法有MD4、MD5等
說說String中hashcode的實現?
public int hashCode() {
int h = hash;
if (h == 0 && value.length > 0) {
char val[] = value;
for (int i = 0; i < value.length; i++) {
h = 31 * h + val[i];
}
hash = h;
}
return h;
}
String類中的hashCode計算方法還是比較簡單的，就是以31為權，每一位為字符的ASCII值進行運算，用自然溢出來等效取模。
哈希計算公式可以計為s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]
那為什么以31為質數呢?
主要是因為31是一個奇質數，所以31*i=32*i-i=(i<<5)-i，這種位移與減法結合的計算相比一般的運算快很多。
(4) 為什么HashMap的在鏈表元素數量超過8時改為紅黑樹?
• jdk1.8中hashmap與之前有哪些不同?
• 為什么在解決hash沖突的時候，不直接用紅黑樹?而選擇先用鏈表，再轉紅黑樹?
• 不用紅黑樹，用二叉查找樹可以么?
• 當鏈表轉為紅黑樹后，什么時候退化為鏈表?
jdk1.8中HashMap與之前有哪些不同?
• 由數組+鏈表的結構改為數組+鏈表+紅黑樹。
• 優化了高位運算的hash算法：h^(h>>>16)
• 擴容后，元素要么是在原位置，要么是在原位置再移動2次冪的位置，且鏈表順序不變。
最后一條是重點，因為最后一條的變動，HashMap在1.8中，不會在出現死循環問題。
為什么在解決hash沖突的時候，不直接用紅黑樹?而選擇先用鏈表，再轉紅黑樹?
因為紅黑樹需要進行左旋，右旋，變色這些操作來保持平衡，而單鏈表不需要。 當元素小於8個當時候，此時做查詢操作，鏈表結構已經能保證查詢性能。當元素大於8個的時候，此時需要紅黑樹來加快查詢速度，但是新增節點的效率變慢了。
不用紅黑樹，用二叉查找樹可以么?
二叉查找樹在特殊情況下會退化成一條線性結構
當鏈表轉為紅黑樹后，什么時候退化為鏈表?
為6的時候退轉為鏈表。中間有個差值7可以防止鏈表和樹之間頻繁的轉換。假設一下，如果設計成鏈表個數超過8則鏈表轉換成樹結構，鏈表個數小於8則樹結構轉換成鏈表，如果一個HashMap不停的插入、刪除元素，鏈表個數在8左右徘徊，就會頻繁的發生樹轉鏈表、鏈表轉樹，效率會很低。
(5) HashMap的並發問題?
• HashMap在並發編程環境下有什么問題（jdk1.8以后）?
• 如何解決這些問題？
HashMap在並發編程環境下有什么問題（jdk1.8以后）?
• 多線程put的時候可能導致元素丟失
• put非null元素后get出來的卻是null
如何解決這些問題？
使用ConcurrentHashmap，Hashtable等線程安全集合類。
https://www.jianshu.com/p/5dbaa6707017
https://www.cnblogs.com/jajian/p/10385377.html#autoid-1-7-0
(6) 你一般用什么作為HashMap的key?
• 健可以為Null值么?
• 一般用什么作為HashMap的key?
• 用可變類當HashMap的key有什么問題?
健可以為Null值么?
可以，key為null的時候，hash算法最后的值以0來計算，也就是放在數組的第一個位置。
具體看上文中的hash源碼
一般用什么作為HashMap的key?
一般用Integer、String這種不可變類當HashMap當key，而且String最為常用。
• (1) 因為字符串是不可變的，所以在它創建的時候hashcode就被緩存了，不需要重新計算。這就使得字符串很適合作為Map中的鍵，字符串的處理速度要快過其它的鍵對象。這就是HashMap中的鍵往往都使用字符串。
• (2) 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,這些類已經很規范的覆寫了hashCode()以及equals()方法。
用可變類當HashMap的key有什么問題?
hashcode可能發生改變，導致put進去的值，無法get出，如下所示
HashMap<List<String>, Object> changeMap = new HashMap<>();
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
Object objectValue = new Object();
changeMap.put(list, objectValue);
System.out.println(changeMap.get(list));
list.add("hello world"); // hashcode發生了改變
System.out.println(changeMap.get(list));
輸出結果如下
java.lang.Object@33909752
null
實現一個自定義的class作為HashMap的key該如何實現？
此題考察兩個知識點，這里就不展開了
• 重寫hashcode和equals方法需要注意什么
• 如何設計一個不變類