必懂知识——HashMap的实现原理

HashMap的底层数据结构

• 1.7之前是：数组+链表
  数组的元素是Map.Entiry对象
  当出现哈希碰撞的时候，使用链表解决，
  先计算出key对应的数组的下标，这个数组的这个位置上为空，直接放入，
  如果不为空而且出现哈希碰撞，就把元素添加到链表的头部的，
  new Entry(key,value,table[i]);这样这个Entry就是链表的头部了，然后放到数组的index位置上。

• 1.8是：数组+链表+红黑树
  数组的元素是Map.Node对象继承Map.Entry包含属性有：
  当前node对象的hash值，
  当前node对象的key,
  当前node对象的下一个节点对象next,
  当前node对象的value

• 1.8为什么使用数组+链表+红黑树？
  因为如果一个hashmap在同一个数组位置上出现hash碰撞过多，那么这个链表的长度会很长，
  插入块，但是查询因为使用的遍历所以会比较慢。

HashMap的大致结构

HashMap的关键属性有哪些？

• 数组的默认大小16
• 数组的最大为2的30次方
• 扩容因子0.75
• threshold
• 当前数组的大小

初始大小或者扩容的数组大小为什么一定是2的次幂？

因为计算key的下标的时候使用的是：key的hashcode值 &(按位与) 数组的长度-1 ,
固定为2的次幂能保证碰撞几率小。

怎么通过key计算得到数组的下标的？

key的hashcode值 & 数组的长度-1 ；
& (与运算)

hashMap的大小是怎么计算的？

• 有一个全局变量size，每次put的时候++，remove的时候--；

HashMap中Put方法的工作原理

• 获取key的hashCode()值，通过位运算得到数组的下标。
• 如果该位置上为空直接放入该数组的下标位置。
• 如果不为空出现了碰撞，去遍历链表或者树，利用key的equal()方法是否存在相同的节点，如果相同就覆盖，不相同就放到链表的尾部。
• 如果碰撞导致链表过长，长度大于等于8，就把链表转换成红黑树；
• 如果数组的容量超过了总容量*负载因子的值，就要resize。

HashMap中Get方法的工作原理

bucket里的第一个节点，直接命中；
如果有冲突，则通过key.equals(k)去查找对应的entry
若为树，则在树中通过key.equals(k)查找，O(logn)；
若为链表，则在链表中通过key.equals(k)查找，O(n)。

什么是哈希冲突？

哈希表在新增元素的时候首先会根据hash函数算出这个元素存放的数组的位置，
但是，有可能存在不同的key值得到相同的数组位置(两个元素的HashCode值相同)，这个时候就是哈希冲突。

HashMap怎么处理哈希冲突（哈希碰撞的）

动态数组+链表（单向）的方式。

如果某个位置上的链表很长，会影响检索，JDK1.8引入了当链表的长度大于8的时候会将链表动态替换为一个红黑树，增加了搜索性能。
等于说由：数组+链表

变成了数组+链表+红黑树

HashMap中的数组什么时候扩容（rehash）

当HashMapde的长度超出了负载因子与当前容量的乘积（默认16*0.75=12）时，
通过调用resize方法重新创建一个原来HashMap大小的2倍的newTable数组，
并将原先table的元素全部移到newTable里面，重新计算hash，然后再重新根据hash分配位置，，最大扩容为2的30次方+1。
负载因子默认是：0.75

你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗

多线程环境下，有可能多个线程同时进行resize，在这过程中，可能产生死锁或者死循环。
具体原因不清楚。

多线程下的HashMap

HashMap是线程不安全的,所以在多线程的环境中我们需要寻找替代方案：

• 使用Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));实现同步
• 使用java.util.HashTable，效率最低（因为所有的方法都是同步的，几乎被淘汰了）
• 使用java.util.concurrent.ConcurrentHashMap，相对安全，效率高（建议使用）

Fail-Fast 机制

Fail-fast 机制是 java 集合(Collection)中的一种错误机制，
java.util.HashMap 不是线程安全的，如果在使用迭代器的过程中有其他线程修改了 map，
那么将抛出 ConcurrentModificationException，这就是所谓 fail-fast 策略
这一策略在源码中的实现是通过 modCount 也就是修改次数实现的。

与之关联的面试题：
遇到过ConcurrentModficationException（并发修改异常）异常吗？为什么会出现？如何解决？

HashMap和Hashtable的区别

• 主要区别：Hashtable是线程安全，而HashMap则非线程安全。
• HashMap可以使用null作为key，而Hashtable则不允许null作为key
• HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的
  就是当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException
• 由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap要慢

资源

小灰灰的讲解

一文搞定HashMap的实现原理和面试

HashMap工作原理及实现