一、HashMap的数据结构及底层原理

HashMap是我们非常常用的数据结构，由数组和链表组合构成的数据结构。

大概如下，数组里面每个地方都存了Key-Value这样的实例，在Java7叫Entry在Java8中叫Node。

因为他本身所有的位置都为null，在put插入的时候会根据key的hash去计算一个index值。

就比如我put（”帅丙“，520），我插入了为”帅丙“的元素，这个时候我们会通过哈希函数计算出插入的位置，计算出来index是2那结果如下。

hash（“帅丙”）= 2

你提到了还有链表，为啥需要链表，链表又是怎么样子的呢？

我们都知道数组长度是有限的，在有限的长度里面我们使用哈希，哈希本身就存在概率性，就是”帅丙“和”丙帅“我们都去hash有一定的概率会一样，就像上面的情况我再次哈希”丙帅“极端情况也会hash到一个值上，那就形成了链表。

每一个节点都会保存自身的hash、key、value、以及下个节点，我看看Node的源码。

说到链表我想问一下，你知道新的Entry节点在插入链表的时候，是怎么插入的么？

java8之前是头插法，就是说新来的值会取代原有的值，原有的值就顺推到链表中去，就像上面的例子一样，因为写这个代码的作者认为后来的值被查找的可能性更大一点，提升查找的效率。

但是，在java8之后，都是所用尾部插入了。

二、为啥改为尾部插入呢？

首先我们看下HashMap的扩容机制：

帅丙提到过了，数组容量是有限的，数据多次插入的，到达一定的数量就会进行扩容，也就是resize。

什么时候resize呢？

有两个因素：

• Capacity：HashMap当前长度。

• LoadFactor：负载因子，默认值0.75f。

怎么理解呢，就比如当前的容量大小为100，当你存进第76个的时候，判断发现需要进行resize了，那就进行扩容，但是HashMap的扩容也不是简单的扩大点容量这么简单的。

扩容？它是怎么扩容的呢？

分为两步

• 扩容：创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍。

• ReHash：遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。

为什么要重新Hash呢，直接复制过去不香么？

1x1得 1 1x2 得 2 …. 有了，我想起来敖丙那天晚上在我耳边的话了：假如我年少有为不自卑，懂得什么是珍贵，那些美梦没给你，我一生有愧….什么鬼！

小姐姐：是因为长度扩大以后，Hash的规则也随之改变。

Hash的公式---> index = HashCode（Key） & （Length - 1）

原来长度（Length）是8你位运算出来的值是2 ，新的长度是16你位运算出来的值明显不一样了。

扩容前：

扩容后：

说完扩容机制我们言归正传，为啥之前用头插法，java8之后改成尾插了呢？

卧槽，我以为她忘记了！居然还是被问到了！

我先举个例子吧，我们现在往一个容量大小为2的put两个值，负载因子是0.75是不是我们在put第二个的时候就会进行resize？

2*0.75 = 1 所以插入第二个就要resize了

现在我们要在容量为2的容器里面用不同线程插入A，B，C，假如我们在resize之前打个短点，那意味着数据都插入了但是还没resize那扩容前可能是这样的。

我们可以看到链表的指向A->B->C

Tip：A的下一个指针是指向B的

因为resize的赋值方式，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置，在旧数组中同一条Entry链上的元素，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置上。

就可能出现下面的情况，大家发现问题没有？

B的下一个指针指向了A

一旦几个线程都调整完成，就可能出现环形链表

如果这个时候去取值，悲剧就出现了——Infinite Loop。因为java8之后链表有红黑树的部分，大家可以看到代码已经多了很多if else的逻辑判断了，红黑树的引入巧妙的将原本O(n)的时间复杂度降低到了O(logn)。

Tip：红黑树的知识点同样很重要，还是那句话不打没把握的仗，限于篇幅原因，我就不在这里过多描述了，以后写到数据结构再说吧，不过要面试的仔，还是要准备好，反正我是经常问到的。

使用头插会改变链表的上的顺序，但是如果使用尾插，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。

就是说原本是A->B，在扩容后那个链表还是A->B

Java7在多线程操作HashMap时可能引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序倒置，在转移过程中修改了原来链表中节点的引用关系。

Java8在同样的前提下并不会引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序不变，保持之前节点的引用关系。

那是不是意味着Java8就可以把HashMap用在多线程中呢？

我认为即使不会出现死循环，但是通过源码看到put/get方法都没有加同步锁，多线程情况最容易出现的就是：无法保证上一秒put的值，下一秒get的时候还是原值，所以线程安全还是无法保证。

三、HashMap的默认初始化长度为啥是16？

在JDK1.8的 236 行有1<<4就是16，为啥用位运算呢？直接写16不好么？

在创建HashMap的时候，阿里巴巴规范插件会提醒我们最好赋初值，而且最好是2的幂。

这样是为了位运算的方便，位与运算比算数计算的效率高了很多，之所以选择16，是为了服务将Key映射到index的算法。

我前面说了所有的key我们都会拿到他的hash，但是我们怎么尽可能的得到一个均匀分布的hash呢？

是的我们通过Key的HashCode值去做位运算。

我打个比方，key为”帅丙“的十进制为766132那二进制就是 10111011000010110100

我们再看下index的计算公式：index = HashCode（Key） & （Length- 1）

15的的二进制是1111，那10111011000010110100 &1111 十进制就是4

之所以用位与运算效果与取模一样，性能也提高了不少！

那为啥用16不用别的呢？

因为在使用不是2的幂的数字的时候，Length-1的值是所有二进制位全为1，这种情况下，index的结果等同于HashCode后几位的值。

只要输入的HashCode本身分布均匀，Hash算法的结果就是均匀的。

这是为了实现均匀分布。

四、怎么处理HashMap在线程安全的场景？

在这样的场景，我们一般都会使用HashTable或者ConcurrentHashMap，但是因为前者的并发度的原因基本上没啥使用场景了，所以存在线程不安全的场景我们都使用的是ConcurrentHashMap。

HashTable我看过他的源码，很简单粗暴，直接在方法上锁，并发度很低，最多同时允许一个线程访问，ConcurrentHashMap就好很多了，1.7和1.8有较大的不同，不过并发度都比前者好太多了。

原文地址：https://www.cnblogs.com/aobing/p/12014271.html