标签：链表 hash HashMap index 深入研究 插入 resize

一. HashMap的结构和底层原理

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

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，我们看看Node的源码。

那么新的Entry节点在插入链表的时候，是怎么插入的？

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。

那么为啥改为尾部插入呢？

首先我们看下HashMap的扩容机制：

之前提到过了，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。

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？

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。

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？

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，

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。

那1.8的尾插是怎么样的呢？

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)。

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。

HashMap的默认初始化长度是多少？

16

为什么是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？

我们在创建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。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？当然通过Key的HashCode值去做位运算。。。。。。。此处省略详情百度hash算法。直接说结论：为了均匀分布。

为啥我们重写equals方法的时候需要重写hashCode方法呢？

因为在java中，所有的对象都是继承于Object类。Ojbect类中有两个方法equals、hashCode，这两个方法都是用来比较两个对象是否相等的。

在未重写equals方法我们是继承了object的equals方法，那里的 equals是比较两个对象的内存地址，显然我们new了2个对象内存地址肯定不一样

• 对于值对象，==比较的是两个对象的值

• 对于引用对象，比较的是两个对象的地址

大家是否还记得我说的HashMap是通过key的hashCode去寻找index的，那index一样就形成链表了，也就是说”帅丙“和”丙帅“的index都可能是2，在一个链表上的。我们去get的时候，他就是根据key去hash然后计算出index，找到了2，那我怎么找到具体的”帅丙“还是”丙帅“呢？

equals！是的，所以如果我们对equals方法进行了重写，建议一定要对hashCode方法重写，以保证相同的对象返回相同的hash值，不同的对象返回不同的hash值。不然一个链表的对象，你哪里知道你要找的是哪个，到时候发现hashCode都一样，这不是完犊子嘛。

二 .HashMap常见面试题

HashMap的底层数据结构？

HashMap的存取原理？

Java7和Java8的区别？

为啥会线程不安全？

有什么线程安全的类代替么?

默认初始化大小是多少？为啥是这么多？为啥大小都是2的幂？

HashMap的扩容方式？负载因子是多少？为什是这么多？

HashMap的主要参数都有哪些？

HashMap是怎么处理hash碰撞的？

hash的计算规则？

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来源： https://www.cnblogs.com/huqingan/p/12905750.html

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