前言
HashMap是Java中最常用的集合類框架，也是Java語言中非常典型的數據結構，同時也是我們需要掌握的數據結構，更重要的是進大廠面試必問之一。
數組特點
存儲區間是連續，且占用內存嚴重，空間復雜也很大，時間復雜為O（1）。
優點：是隨機讀取效率很高，原因數組是連續（隨機訪問性強，查找速度快）。
缺點：插入和刪除數據效率低，因插入數據，這個位置后面的數據在內存中要往后移的，且大小固定不易動態擴展。
鏈表特點
區間離散，占用內存寬松，空間復雜度小，時間復雜度O(N)。
優點：插入刪除速度快，內存利用率高，沒有大小固定，擴展靈活。
缺點：不能隨機查找，每次都是從第一個開始遍歷（查詢效率低）。
哈希表特點
以上數組和鏈表，大家都知道各自優缺點。那么我們能不能把以上兩種結合一起使用，從而實現查詢效率高和插入刪除效率也高的數據結構呢？答案是可以滴，那就是哈希表可以滿足，接下來我們一起復習HashMap中的put()和get()方法實現原理。
HashMap的put()和get()的實現
1、map.put(k,v)實現原理
第一步首先將k,v封裝到Node對象當中（節點）。
第二步它的底層會調用K的hashCode()方法得出hash值。
第三步通過哈希表函數/哈希算法，將hash值轉換成數組的下標，下標位置上如果沒有任何元素，就把Node添加到這個位置上。如果說下標對應的位置上有鏈表。此時，就會拿着k和鏈表上每個節點的k進行equals。如果所有的equals方法返回都是false，那么這個新的節點將被添加到鏈表的末尾。如其中有一個equals返回了true，那么這個節點的value將會被覆蓋。
2、map.get(k)實現原理
第一步：先調用k的hashCode()方法得出哈希值，並通過哈希算法轉換成數組的下標。
第二步：通過上一步哈希算法轉換成數組的下標之后，在通過數組下標快速定位到某個位置上。重點理解如果這個位置上什么都沒有，則返回null。如果這個位置上有單向鏈表，那么它就會拿着參數K和單向鏈表上的每一個節點的K進行equals，如果所有equals方法都返回false，則get方法返回null。如果其中一個節點的K和參數K進行equals返回true，那么此時該節點的value就是我們要找的value了，get方法最終返回這個要找的value。
3、為何隨機增刪、查詢效率都很高的原因是？
原因：增刪是在鏈表上完成的，而查詢只需掃描部分，則效率高。
HashMap集合的key，會先后調用兩個方法，hashCode and equals方法，這這兩個方法都需要重寫。
4、為什么放在hashMap集合key部分的元素需要重寫equals方法？
因為equals默認比較是兩個對象內存地址
HashMap集合的key特點：
5、HashMap總結
無序，不可重復為什么是無序的？因為不一定掛到哪一個單向鏈表上的，因此加入順序和取出也不一樣。怎么保持不可重復？使用equals方法來保證HashMap集合key不可重復，如key重復來，value就會覆蓋。存放在HashMap集合key部分的元素，其實就是存放在HashSet集合中，則HashSet集合也需要重寫equals和hashCode方法。hashmap集合的默認初始化容量為16，默認加載因子為0.75，也就是說這個默認加載因子是當hashMap集合底層數組的容量達到75%時，數組就開始擴容。hashmap集合初始化容量是2的陪數，為了達到散列均勻，提高hashmap集合的存取效率，
6、注意JDK8之后
JDK8之后，如果哈希表單向鏈表中元素超過8個，那么單向鏈表這種數據結構會變成紅黑樹數據結構。當紅黑樹上的節點數量小於6個，會重新把紅黑樹變成單向鏈表數據結構。
問題：
如果O1和O2的hash值相同，就會存放到同一個單向鏈表上，
如果不同，但由於哈希算法執行結束之后轉換的數組下標可能相同，此時會發上“哈希碰撞”。
7、高頻面試題
HashMap的工作原理是什么？
HashMap中的“死鎖”是怎么回事？
HashMap中能put兩個相同key嗎？為什么？
HashMap中的鍵值可以為null嗎？原理？
HashMap擴容機制？
為了能讓 HashMap 存取高效，盡量較少碰撞，也就是要盡量把數據分配均勻。我們上面也講到了過了，Hash 值的范圍值-2147483648到2147483648，前后加起來大概40億的映射空間，只要哈希函數映射得比較均勻松散，一般應用是很難出現碰撞的。但問題是一個40億長度的數組，內存是放不下的。所以這個散列值是不能直接拿來用的。用之前還要先做對數組的長度取模運算，得到的余數才能用來要存放的位置也就是對應的數組下標。這個數組下標的計算方法是“ (n - 1) & hash ”。（n代表數組長度）。這也就解釋了 HashMap 的長度為什么是2的冪次方。
這個算法應該如何設計呢？
我們首先可能會想到采用%取余的操作來實現。但是，重點來了：“取余(%)操作中如果除數是2的冪次則等價於與其除數減一的與(&)操作（也就是說 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 並且 采用二進制位操作 &，相對於%能夠提高運算效率，這就解釋了 HashMap 的長度為什么是2的冪次方。
HashMap 多線程操作導致死循環問題（多線程和高並發會導致死循環）
在多線程下，進行 put 操作會導致 HashMap 死循環，原因在於 HashMap 的擴容 resize()方法。由於擴容是新建一個數組，復制原數據到數組。由於數組下標掛有鏈表，所以需要復制鏈表，但是多線程操作有可能導致環形鏈表。復制鏈表過程如下:
以下模擬2個線程同時擴容。假設，當前 HashMap 的空間為2（臨界值為1），hashcode 分別為 0 和 1，在散列地址 0 處有元素 A 和 B，這時候要添加元素 C，C 經過 hash 運算，得到散列地址為 1，這時候由於超過了臨界值，空間不夠，需要調用 resize 方法進行擴容，那么在多線程條件下，會出現條件競爭，模擬過程如下：
線程一：讀取到當前的 HashMap 情況，在准備擴容時，線程二介入
線程二：讀取 HashMap，進行擴容
線程一：繼續執行
這個過程為，先將 A 復制到新的 hash 表中，然后接着復制 B 到鏈頭（A 的前邊：B.next=A），本來 B.next=null，到此也就結束了（跟線程二一樣的過程），但是，由於線程二擴容的原因，將 B.next=A，所以，這里繼續復制A，讓 A.next=B，由此，環形鏈表出現：B.next=A; A.next=B
注意：jdk1.8已經解決了死循環的問題。
如果你看過 HashSet 源碼的話就應該知道：HashSet 底層就是基於 HashMap 實現的。（HashSet 的源碼非常非常少，因為除了 clone() 方法、writeObject()方法、readObject()方法是 HashSet 自己不得不實現之外，其他方法都是直接調用 HashMap 中的方法。）
1,currentHashMap的介紹
currentHashMap是線程安全並且高效的一種容器,我們就需要研究一下currentHashMap為什么既能夠保證線程安全,又可以保證高效的操作
currentHashMap使用的原因
為什么使用currentHashMap,這時候我們就需要和HashMap以及HashTable進行比較
HashMap線程不安全的原因?
在多線程的情況下,HashMap的操作會引起死循環,導致CPU的占有量達到100%,所以在並發的情況下,我們不會使用HashMap.
至於為什么會引起死循環,大概是因為HashMap的Entry鏈表會形成鏈式的結構,一旦形成了Entry的鏈式結構,鏈表中的next指針就會一直不為空,這樣就會導致死循環
不使用HashTable的原因?
其中使用synchronize來保證線程安全,即當有一個線程擁有鎖的時候,其他的線程都會進入阻塞或者輪詢狀態,這樣會使得效率越來越低
使用currentHashMap的鎖分段技術可以有效的提高並發訪問率
HashTable訪問效率低下的原因,就是因為所有的線程在競爭同一把鎖.如果容器中有多把鎖,不同的鎖鎖定不同的位置,這樣線程間就不會存在鎖的競爭,這樣就可以有效的提高並發訪問效率,這就是currentHashMap所使用的鎖分段技術
將數據一段一段的存儲,然后為每一段都配一把鎖,當一個線程只是占用其中的一個數據段時,其他段的數據也能被其他線程訪問
2,currentHashMap的結構
currentHashMap是由Segment和HashEntry組成的.Segment是一種可重入的鎖(Reentranlock),Segment在其中扮演鎖的角色;HashEntry用於存儲數據.一個CurrentHashMap包括一個Segment數組.一個Segment元素包括一個HashEntry數組,HashEntry是一種鏈表型的結構,每一個Segment維護着HashEntry數組中的元素,當要對HashEntry中的數據進行修改的時候,我們必須先要獲得與它對應的Segment
HashMap:
最后用一張圖來表來說明一下ConcurrentHashMap吧：【源碼與說明】
ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區別主要體現在實現線程安全的方式上不同。
底層數據結構： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底層采用 分段的數組+鏈表 實現，JDK1.8 采用的數據結構跟HashMap1.8的結構一樣，數組+鏈表/紅黑二叉樹。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底層數據結構類似都是采用 數組+鏈表 的形式，數組是 HashMap 的主體，鏈表則是主要為了解決哈希沖突而存在的；
實現線程安全的方式（重要）： ① 在JDK1.7的時候，ConcurrentHashMap（分段鎖） 對整個桶數組進行了分割分段(Segment)，每一把鎖只鎖容器其中一部分數據，多線程訪問容器里不同數據段的數據，就不會存在鎖競爭，提高並發訪問率。（默認分配16個Segment，比Hashtable效率提高16倍。） 到了 JDK1.8 的時候已經摒棄了Segment的概念，而是直接用 Node 數組+鏈表+紅黑樹的數據結構來實現，並發控制使用 synchronized 和 CAS 來操作。（JDK1.6以后 對 synchronized鎖做了很多優化） 整個看起來就像是優化過且線程安全的 HashMap，雖然在JDK1.8中還能看到 Segment 的數據結構，但是已經簡化了屬性，只是為了兼容舊版本；② Hashtable(同一把鎖) :使用 synchronized 來保證線程安全，效率非常低下。當一個線程訪問同步方法時，其他線程也訪問同步方法，可能會進入阻塞或輪詢狀態，如使用 put 添加元素，另一個線程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，競爭會越來越激烈效率越低。
HashTable性能差主要是由於所有操作需要競爭同一把鎖，而如果容器中有多把鎖，每一把鎖鎖一段數據，這樣在多線程訪問時不同段的數據時，就不會存在鎖競爭了，這樣便可以有效地提高並發效率。這就是ConcurrentHashMap所采用的"分段鎖"思想。
ConcurrentHashMap源碼分析
ConcurrentHashMap采用了非常精妙的"分段鎖"策略，ConcurrentHashMap的主干是個Segment數組。
final Segment<K,V>[] segments;
Segment繼承了ReentrantLock，所以它就是一種可重入鎖（ReentrantLock)。在ConcurrentHashMap，一個Segment就是一個子哈希表，Segment里維護了一個HashEntry數組，並發環境下，對於不同Segment的數據進行操作是不用考慮鎖競爭的。（就按默認的ConcurrentLeve為16來講，理論上就允許16個線程並發執行，有木有很酷）
所以，對於同一個Segment的操作才需考慮線程同步，不同的Segment則無需考慮。
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