文章目录

• 前言
• 1.HashMap的数据结构:
• 2.HashMap的hash函数设计:
• 3.Java1.8的Java1.7对比:
• 3.1 扰动的次数减少:
• 3.2 结构变化:
• 3.3 插入变化:
• 3.4 扩容的变化:
• 3.5 扩容的时间变化:
• 4.HashTable和Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap可以实现线程安全的Map原理:
• 5.Map集合的顺序：
• 总结

前言

HashMap是java面试的时候最常问的问题，其中牵扯的知识点很多，很适合考察面试的基础，我反正面试很多家这个问题确实是必问，不准备一番还真不好回答好。

1.HashMap的数据结构:

JDK1.8:数组+链表/红黑树
数据结构原理：
链表长度>8&数组大小>=64=》转为红黑树存储；
红黑树节点个数<6转为链表。
tips：为什么不是小于8是为了防止频繁的结构转换增加开销。那为啥是8呢？发生hash碰撞的几率8次的概率为百万分之6，够了。
HashMap的数据插入原理：

重点说明：上面计算数组位置的方法是：通过 (n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标 index ;叫做位运算为啥(n-1)更接近于取模，为啥采用位运算是因为效率高，不存在二进制和十进制的转换。这里再补充一点HashMap初始化数组大小的问题，HashMap数组初始化大小为16，为啥呢？
理论上来说2的整数次幂都可以，但是如果是2,4或者8就会有点小，添加不了多少数据就会扩容，影响性能，如果是32或者更大，就会浪费空间。所以16是一个经验值保留下来的。

2.HashMap的hash函数设计:

在HashMap中，首先是通过key的hashcode（32位的int值）然后让hashcode的高16位和低16位进行异或操作。为啥这样设计：
1.上面的hash函数也叫扰动函数，主要考虑尽可能降低hash碰撞，越分散越好。

2.算法一定要尽可能的高效，因为这是高频操作，因此采用位运算。

3.因为hashcode的范围是int类型，大概40亿的映射空间,如果只是hashcode，很少会出现碰撞，但是数组和内存是发放不下的，初始大小才16的数组只能进行取模运算/位运算来达到目的。

HashMap的数组长度要取2的整数幂，这样数组长度-1刚好"低位掩码",加上hash函数(扰动函数)降低碰撞。

3.Java1.8的Java1.7对比:

3.1 扰动的次数减少:

java1.8跟java1.7在这里的区别就hash函数里面是java8只扰动了一次，为了效率。java7在这里扰动了四次。

3.2 结构变化:

1.7里面的数组+链表===》数组+链表或红黑树。为什么这样做，前者的查询效率是n后者的查询效率是log2(n),所以当链表数据量大的时候会有效率问题。

3.3 插入变化:

链表的插入方式从头插法改成了尾插法，简单来说就是1.7中是往前面插入，1.8中是往后插入，这样做的目的是为了防止扩容的时候死循环。

3.4 扩容的变化:

扩容的时候1.7是重新hash定位新数组的位置，1.8则是采用更简单的逻辑判断，位置不变或索引+旧容量大小。为什么1.8能这样，计算数组的位置的掩码仅仅只是高位多了一个1。

3.5 扩容的时间变化:

在插入时，1.7先判断是否需要扩容再插入，1.8是插入以后再判断是不是需要扩容

4.HashTable和Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap可以实现线程安全的Map原理:

我们都知道的是HashMap是线程不安全的，1.7版本的时候会产生死循环、数据丢失、数据覆盖的问题，1.8中解决了其中的两个问题，仍然会有数据覆盖的问题，就是多线程并发操作下的值覆盖。
如果业务场景中需要线程安全，就要使用线程安全的Map类，一般我们使用的是ConcurrentHashMap。

ConcurrentHashMap：使用的分段锁，降低锁粒度，提高并发度和效率。1.8相对1.7也是提升了效率，成员变量之间使用了volatile修饰，避免了指令重排，保持内存可见。采用的CAS和synchronized结合实现赋值操作，只会锁住当前操作索引节点。

HashTable：直接在操作方法上synchronized关键字，锁住整个数组，效率会很低。
SynchronizedMap：内部实现的对象锁实现。效率比HashTable会高点。

5.Map集合的顺序：

HashMap里面是无序的，所以只能循环遍历。
LinkedHashMap：有序map，内部维护了一个单链表。单链表的before和after使其具有了有序的特性。
TreeMap:内部通过Comprator比较器实现了排序。

总结

我上面的论述也是参考的网上我认为不错的针对HashMap的讲解，然后加入了我自己的理解，让大家能够更好的理解其中的原理内容，如果你有其他问题，欢迎关注我的公众号:Java时间屋 进行讨论。