为什么面试官那么喜欢问HashMap呀

      很多人在面试的时候总会被问到HashMap原理，却很少有人能够回答的好，或者说回答的太粗浅，被人一下看出大概的技术水平自己却毫不知情。今天我们来研究一下为什么面试官这么喜欢问HashMap吧？

1.HashMap put()相关知识

首先我们先了解hashmap的大致原理，hashmap是由数组+链表的方式组成的,如下图：

上图左边的数组长度是16（初始大小），每个数组位置上放置的是一个链表（Node）,put数据时，当链表中的key的hash值相同时而value值不同（Java 7存入链表头部，Java 8存入链表尾部）,如果key值也相同则覆盖之前的链表节点。链表长度大于8则转换为红黑树（Java 8），为什么要用红黑树后面再进行讲解，这里要详细介绍一下hash表中的有关红黑树的3个关键参数：

• TREEIFY_THRESHOLD = 8

  一个桶的树化阈值，桶中元素超过这个值才使用红黑树节点替换链表节点，这个值必须为8，要不然频繁转换效率也不高。

• static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6

  一个树的链表还原阈值，当扩容时，会进行重新hash(Java 7 全部重新hash,Java 8部分重新hash)桶中元素个数小于这个值时，就会把树形的桶元素还原为链表结构。这个值至多为6。

• static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64

  /**
  * The smallest table capacity for which bins may be treeified.
  * (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.)
  * Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts
  * between resizing and treeification thresholds.
  */

对于第三点尚有疑问，上面是从源码中拷贝的注释，我个人理解是哈希表的最小的被树形化的值是64，然后后面什么防止树形化和扩容冲突至少是32，我的疑问是链表长度超过8不就转化为红黑树了吗，这个值具体含义也不是很理解，希望大家指点。

2.为什么要引入红黑树？

JDK 1.8以前是数组+链表，还未引入红黑树，这就导致了链表过长时查找的时间复杂度是O(n), 完全失去了设计HashMap时的设计初衷，针对这种情况JDK 1.8引入了红黑树（查找的时间复杂度为O(logN),什么是红黑树呢，红黑树是一种自平衡的二叉查找树，不是一种绝对平衡的二叉树，它放弃了追求绝对平衡，追求大致平衡，在与平衡二叉树的时间复杂度相差不大的情况下，保证每次插入最多只需要三次旋转就能达到平衡，实现起来也更为简单。从而获得更高的查找性能。

3.为什么初始值大小为2的n次方

hashmap的初始值是16，即2的4次方，之后的每次扩容都是两倍扩容，为什么要这么设计呢？我觉得有一下几点：

• 如果往hashmap中存放数据，我们首先得保证它能够尽量均匀分布，为了保证能够均匀分布，我们可能会想到用取模的方式去实现，如果用传统的‘%’方式来实现效率不高，当大小（length）总为2的n次方时，h&(length-1)运算等价于对length取模，也就是h%lenth,但是&比%具有更高的效率,同时也减少了hash碰撞。

• 和h&(length-1)相关，当容量大小(n)为2的n次方时，n-1 的二进制的后几位全是1，在h为随机数的情况下，与（n-1）进行与操作时，会分布的更均匀，想一想，如果n-1的二进制数是1110，当尾数为0时，与出来的值尾数永远为0，那么0001，1001，1101等尾数为1的位置就永远不可能被entry占用，就造成了空间浪费。

在hashmap源码中，put方法会调用indexFor方法，这个方法主要是根据key的hash值找到这个entry在table中的位置，最后 return 的是 h&(length-1)

4.HashMap和其他数据结构的关联

• 与Hashtable的关系，Hashtable是线程安全的，比如put，get等很多使用了synchronized修饰，和ConcurrentHashMap相比，在Hashtable的大小增加到一定的时候，效率会急剧下降，因为迭代时需要被锁定很长的时间，ConcurrentHashMap引入了分割，仅仅需要锁定map的某个部分，所以其实效率并不高。再看看Hashtable的put方法

  public synchronized V put(K key, V value) {
     // Make sure the value is not null
     if (value == null) {
         throw new NullPointerException();
    }
  
     // Makes sure the key is not already in the hashtable.
     HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
     int hash = key.hashCode();
     int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
     @SuppressWarnings("unchecked")
     HashtableEntry<K,V> entry = (HashtableEntry<K,V>)tab[index];
     for(; entry != null ; entry = entry.next) {
         if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
             V old = entry.value;
             entry.value = value;
             return old;
        }
    }
  
     addEntry(hash, key, value, index);
     return null;
  }

可以看到，里面的index是用%的方式进行取下标，看起来效率也不行啊，最后从命名上看HashMap和Hashtable，Hashtable明显没遵循驼峰式命名规则，这可能也是它被弃用原因之一（哈哈哈）。

• 与HashSet的关系，我们先来看HashSet的add方法

  public boolean add(E e) {
     return map.put(e, PRESENT)==null;
  }

这里面的map是一个HashMap,e是放入的元素，value此时有一个统一的值：

private static final Object PRESENT = new Object();

可以看出，其实HashSet就是一个限制功能了的HashMap，如果你了解了HashMap，HashSet你自然就懂了。虽然说Set对于重复的元素不放入，倒不如直接说是底层的Map直接把原值替代了。HashSet没有提供get方法，原因同HashMap一样，Set内部是无序的，只能通过迭代的方式获取。

• 与LinkedHashMap的关系，LinkedHashMap是一个数组+双向链表与HashMap不同，可以保证元素的迭代顺序，该迭代顺序可以是插入顺序或者是访问顺序（LRU原理）。

• 与LinkedHashSet的关系，LinkedHashSet是继承自HashSet,底层实现是LinkedHashMap。

• TreeSet中存放的元素是有序的（不是插入时的顺序，是有按关键字大小排序的），且元素不能重复。

5. HashMap在 Java7 和 Java8 的变化

扩容时是否全部重新hash和引入红黑树

总结

通过上面的分析，你应该明白为什么面试官那么喜欢问HashMap了，因为HashMap设计到的点太多了，可问的东西太多了，比较具有代表性，如果能够充分了解HashMap，也能够渐渐做到一通百通了。高质量编程视频shangyepingtai.xin