本文详细解析了HashMap的底层数据结构，包括JDK1.8后引入的红黑树，讨论了哈希函数的实现、哈希碰撞的解决、以及扩容和树化策略。此外，还介绍了HashMap的成员变量、构造方法和核心操作如put、get、remove等的实现细节。通过对HashMap初始化容量的探讨，强调了初始化容量选择的重要性，以减少不必要的扩容操作，提高性能。
目录
1.面试题：HashMap中hash函数是怎么实现的？还有哪些hash函数的实现方式？
3.面试题：何时发生哈希碰撞和什么是哈希碰撞,如何解决哈希碰撞？
4.面试题：如果两个键的hashcode相同，如何存储键值对？
12、 用来调整大小下一个容量的值计算方式为(容量*负载因子)
1、构造一个空的 HashMap ，默认初始容量（16）和默认负载因子（0.75）。
2、 构造一个具有指定的初始容量和默认负载因子（0.75） HashMap。
3、 构造一个具有指定的初始容量和负载因子的 HashMap。
5.如何设计多个非重复的键值对要存储HashMap的初始化？
1.HashMap集合简介
HashMap基于哈希表的Map接口实现，是以key-value存储形式存在，即主要用来存放键值对。HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 组成的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突(两个对象调用的hashCode方法计算的哈希码值一致导致计算的数组索引值相同)而存在的（“拉链法”解决冲突）.JDK1.8 以后在解决哈希冲突时有了较大的变化，当链表长度大于阈值（或者红黑树的边界值，默认为 8）并且当前数组的长度大于64时，此时此索引位置上的所有数据改为使用红黑树存储。
补充：将链表转换成红黑树前会判断，即使阈值大于8，但是数组长度小于64，此时并不会将链表变为红黑树。而是选择进行数组扩容。
这样做的目的是因为数组比较小，尽量避开红黑树结构，这种情况下变为红黑树结构，反而会降低效率，因为红黑树需要进行左旋，右旋，变色这些操作来保持平衡 。同时数组长度小于64时，搜索时间相对要快些。所以综上所述为了提高性能和减少搜索时间，底层在阈值大于8并且数组长度大于64时，链表才转换为红黑树。具体可以参考 treeifyBin方法。
当然虽然增了红黑树作为底层数据结构，结构变得复杂了，但是阈值大于8并且数组长度大于64时，链表转换为红黑树时，效率也变的更高效。
小结
特点：
1.存取无序的
2.键和值位置都可以是null，但是键位置只能是一个null
3.键位置是唯一的，底层的数据结构控制键的
4.jdk1.8前数据结构是：链表 + 数组 jdk1.8之后是 ： 链表 + 数组 + 红黑树
5.阈值(边界值) > 8 并且数组长度大于64，才将链表转换为红黑树，变为红黑树的目的是为了高效的查询。
2.HashMap集合底层的数据结构
2.1 数据结构概念
数据结构：就是存储数据的一种方式。ArrayList LinkedList
在JDK1.8 之前 HashMap 由 数组+链表 数据结构组成的。
在JDK1.8 之后 HashMap 由 数组+链表 +红黑树数据结构组成的。
2.2 HashMap底层的数据结构存储数据的过程
1.面试题：HashMap中hash函数是怎么实现的？还有哪些hash函数的实现方式？
对于key的hashCode做hash操作，无符号右移16位然后做异或运算。 还有平方取中法，伪随机数法和取余数法。这三种效率都比较低。而无符号右移16位异或运算效率是最高的。
2.面试题：当两个对象的hashCode相等时会怎么样？
会产生哈希碰撞，若key值内容相同则替换旧的value.不然连接到链表后面，链表长度超过阈值8就转换为红黑树存储。
3.面试题：何时发生哈希碰撞和什么是哈希碰撞,如何解决哈希碰撞？
只要两个元素的key计算的哈希码值相同就会发生哈希碰撞。jdk8前使用链表解决哈希碰撞。jdk8之后使用链表+红黑树解决哈希碰撞。
4.面试题：如果两个键的hashcode相同，如何存储键值对？
hashcode相同，通过equals比较内容是否相同。 相同：则新的value覆盖之前的value 不相同：则将新的键值对添加到哈希表中
5.在不断的添加数据的过程中，会涉及到扩容问题，当超出临界值(且要存放的位置非空)时，扩容。默认的扩容方式：扩容为原来容量的2倍，并将原有的数据复制过来。
6.通过上述描述，当位于一个链表中的元素较多，即hash值相等但是内容不相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现，当链表长度(阀值)超过 8 时且当前数组的长度 > 64时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。jdk8在哈希表中引入红黑树的原因只是为了查找效率更高。
简单的来说，哈希表是由数组+链表+红黑树（JDK1.8增加了红黑树部分）实现的。如下图所示。
但是这样的话问题来了，传统hashMap的缺点，1.8为什么引入红黑树？这样结构的话不是更麻烦了吗，为何阈值大于8换成红黑树？
JDK 1.8 以前 HashMap 的实现是 数组+链表，即使哈希函数取得再好，也很难达到元素百分百均匀分布。当 HashMap 中有大量的元素都存放到同一个桶中时，这个桶下有一条长长的链表，这个时候 HashMap 就相当于一个单链表，假如单链表有 n 个元素，遍历的时间复杂度就是 O(n)，完全失去了它的优势。针对这种情况，JDK 1.8 中引入了 红黑树（查找时间复杂度为 O(logn)）来优化这个问题。 当链表长度很小的时候，即使遍历，速度也非常快，但是当链表长度不断变长，肯定会对查询性能有一定的影响，所以才需要转成树。
2.3 总结
HashMap底层存储数据的方式 (jdk8存储过程)
3.HashMap继承关系
4.HashMap集合类的成员
4.1 成员变量
1、序列化版本号
private static final long serialVersionUID = 362498820763181265L;2、集合的初始化容量( 必须是二的n次幂 )(重点)
//默认的初始容量是16 -- 1<<4相当于1*2的4次方---1*16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; 问题： 为什么必须是2的n次幂？如果输入值不是2的幂比如10会怎么样？
HashMap构造方法还可以指定集合的初始化容量大小：
HashMap(int initialCapacity) 构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap。当向HashMap中添加一个元素的时候，需要根据key的hash值，去确定其在数组中的具体位置。 HashMap为了存取高效，要尽量较少碰撞，就是要尽量把数据分配均匀，每个链表长度大致相同，这个实现就在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。所以源码中做了优化,使用 hash&(length-1)，而实际上hash%length等于hash&(length-1)的前提是length是2的n次幂。
为什么这样能均匀分布减少碰撞呢？2的n次方实际就是1后面n个0，2的n次方-1 实际就是n个1；
注意： 当然如果不考虑效率直接求余即可（就不需要要求长度必须是2的n次方了）
小结
1.由上面可以看出，当我们根据key的hash确定其在数组的位置时，如果n为2的幂次方，可以保证数据的均匀插入，如果n不是2的幂次方，可能数组的一些位置永远不会插入数据，浪费数组的空间，加大hash冲突。
2.另一方面，一般我们可能会想通过 % 求余来确定位置，这样也可以，只不过性能不如 & 运算。而且当n是2的幂次方时：hash & (length - 1) == hash % length
3.因此，HashMap 容量为2次幂的原因，就是为了数据的的均匀分布，减少hash冲突，毕竟hash冲突越大，代表数组中一个链的长度越大，这样的话会降低hashmap的性能
4.如果创建HashMap对象时，输入的数组长度是10，不是2的幂，HashMap通过一通位移运算和或运算得到的肯定是2的幂次数，并且是离那个数最近的数字。
//创建HashMap集合的对象，指定数组长度是10，不是2的幂
HashMap hashMap = new HashMap(10);
public HashMap(int initialCapacity) {//initialCapacity=10
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {//initialCapacity=10
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);//initialCapacity=10
}
/**
* Returns a power of two size for the given target capacity.
*/
static final int tableSizeFor(int cap) {//int cap = 10
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}面试题 为什么要 cap - 1？
注意，得到的这个capacity却被赋值给了threshold。
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
//initialCapacity=10，this.threshold=16
//当实际大小(容量*负载因子)超过临界值 实际临界值this.threshold=16*0.75=123、默认的负载因子，默认值是0.75
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;4、集合最大容量(重点)
//集合最大容量的上限是：2的30次幂
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;5、当链表的值超过8则会转红黑树(1.8新增)
//当桶(bucket)上的结点数大于这个值时会转成红黑树
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;面试问题：
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