HashMap原理分析，大厂面试题

HashMap的工作原理是什么？
HashMap内部是通过一个数组实现的，只是这个数组比较特殊，数组里存储的元素是一个Entry实体（在Java8中为Node），这个Entry实体主要包含Key、value以及一个指向自身的next指针。

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next;
}//也就是说这个数组每个元素都是单向链表

HashMap是基于hashing实现的，当进行put操作时，根据传递的key值得到它的hashcode，然后再用这个hashcode与数组的长度进行模运算，得到一个int值，就是Entry要存储在数组的位置（下标）；
当通过get方法获取指定的key的值时，会根据这个key算出它的hash值（数组下标），根据这个hash值获取数组下标对应的Entry，然后判断Entry里的key，hash值或者通过equals()比较是否与要找的相同，如果相同，返回value，否则遍历该链表（有可能只有一个Entry，此时直接返回null），直到找到为止，否则返回null。
HashMap之所以在每个数组元素存储的是一个链表，是为了解决hash冲突问题，当两个对象的hash值相等时，那么一个位置肯定是放不下两个值的，于是hashmap采用链表解决这冲突，hash值相等的两个元素会形成一个链表。在Java8中，如果一个位置中碰撞冲突的元素超过某个限制（默认是8），则使用红黑树来替换链表，从而提高速度。

HashMap的长度为什么是2的幂次方？
HashMap为了存取的高效，要尽量减小碰撞冲突，就是要尽量把数据分配均匀，每个链表长度大致相同，这个实现就是把数据存到哪个链表中的算法；这个算法实际就是取模，hash%length，计算机中直接求余效率不如位移运算，源码中做了优化hash%(length-1)，而hash%length==hash&(length-1)的前提是：length是2的幂次方。

HashMap与Hashtable的区别是什么？

Hashtable继承Dictionary类，而HashMap继承AbstratMap。Dictionary是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类，而AbstratMap是基于Map接口的实现，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
HashMap与Hashtable都实现了Map接口。
HashMap允许键和值是null，Hashtable不允许键或者值是null。
线程安全不同，Hashtable的几乎所有函数都是同步的，即它是线程安全的，支持多线程。而HashMap的函数则是非同步的，它不是线程安全的。若要在多线程中使用HashMap，需要我们额外的进行同步处理。
迭代器（Iterator）。HashMap的迭代器是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其他线程（非迭代器方法）改变了HashMap的结构（增加或移除元素），将会抛出java.util.ConcurrentModificationException异常。
容量的初始值和增加方式不一样；HashMap的默认容量大小是16，增加容量时，每次将容量变为“原始容量*2”，当Map中元素总数超过Entry数组的75%，触发扩容操作，减少链表长度，元素分配更均匀。Hashtable默认容量大小是11，增加容量时，每次将容量变为“原始容量*2+1”。
添加key-value时的hash估值算法不同：HashMap添加元素时，使用自定义的哈希算法；而Hashtable没有自定义哈希算法，直接采用key的hashCode()。
速度，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。如果你不需要同步，自需要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。

能否让HashMap同步？
可以通过语句;

Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

HashMap、Hashtable、ConccurentHashMap三者的区别：
HashMap线程不安全，数组+链表+红黑树

Hashtable线程安全，锁住整个对象，数组+链表

ConccurentHashMap线程安全，CAS+同步锁，数组+链表+红黑树

HashMap的key，value均可为null，其他两个不行。

ConcurrentHashMap在JDK1.7和JDK1.8中的区别：
在JDK1.8主要设计上的改进有以下几点:
1、不采用segment而采用node，锁住node来实现减小锁粒度。

2、设计了MOVED状态当resize的中过程中线程2还在put数据，线程2会帮助resize。

3、使用3个CAS操作来确保node的一些操作的原子性，这种方式代替了锁。

4、sizeCtl的不同值来代表不同含义，起到了控制的作用。

5、采用synchronized而不是ReentrantLock。

ConcurrentHashMap具体知识，可以看：
https://www.jianshu.com/p/5dbaa6707017

为什么 HashMap 中 String、Integer 这样的包装类适合作为 key 键？

Hashmap的结构，1.7和1.8有哪些区别？

JDK1.7用的是头插法，而JDK1.8及之后使用的都是尾插法，那么他们为什么要这样做呢？因为JDK1.7是用单链表进行的纵向延伸，当采用头插法时会容易出现逆序且环形链表死循环问题。但是在JDK1.8之后是因为加入了红黑树使用尾插法，能够避免出现逆序且链表死循环的问题。
死循环形成示意图：
扩容后数据存储位置的计算方式也不一样：
1. 在JDK1.7的时候是直接用hash值和需要扩容的二进制数进行&（这里就是为什么扩容的时候为啥一定必须是2的多少次幂的原因所在，因为如果只有2的n次幂的情况时最后一位二进制数才一定是1，这样能最大程度减少hash碰撞）（hash值 & length-1）
2. 而在JDK1.8的时候直接用了JDK1.7的时候计算的规律，也就是：扩容前的原始位置+扩容的大小值=JDK1.8的计算方式，而不再是JDK1.7的那种异或的方法。但是这种方式就相当于只需要判断Hash值的新增参与运算的位是0还是1就直接迅速计算出了扩容后的储存方式。

在计算hash值的时候，JDK1.7用了9次扰动处理=4次位运算+5次异或，而JDK1.8只用了2次扰动处理=1次位运算+1次异或。

扩容流程：

添加数据流程：

具体区别：

本文参考文章：https://www.jianshu.com/p/8324a34577a0?utm_source=oschina-app

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