HashMap底层原理（含面试题）_hashmap底层原理面试-优快云博客

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本文详细探讨了HashMap的内部结构、成员变量、扩容机制和源码实现，包括构造方法、数组索引计算、put()和get()方法的工作原理。分析了当哈希码相同时的处理方式，讨论了如何减少碰撞以及HashMap在多线程环境下的问题。总结了面试中常见的HashMap相关问题，如同步、工作原理及性能因素等。

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HashMap底层原理（含面试题）

HashMap

HashMap

以下是基于JDK1.8

1. HashMap结构图

2. HashMap中定义的一些成员变量

// hashMap数组的初始容量 16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
// 负载因子 0.75f;
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 树形化阈值 8
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
// 解除树形化阈值 6
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
// 树形化的另一条件 Map数组的长度阈值 64
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64
// 这个就是hashMap的内部数组了，而Node则是链表节点对象。
transient Node<K,V>[] table;
// 数组扩容阈值。
int threshold;

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY：数组的初始容量为16。可以在构造方法中指定。必须是2的幂次方。（16->32->64…)
DEFAULT_LOAD_FACTOR：加载因子0.75f。所谓的加载因子就是HashMap的容量达到0.75时的时候会试试扩容resize()，（例：假设有一个HashMap的初始容量为16，那么扩容的阈值就是0.75*16=12。也就是说，在你打算存入第13个值的时候，HashMap会先执行扩容）。加载因子也能通过构造方法进行指定，如果指定大于1，则数组不会扩容，牺牲了性能不过提升了内存。
TREEIFY_THRESHOLD：树形化阈值。当链表的节点个数大于等于这个值时，会将链表转化为红黑树。
UNTREEIFY_THRESHOLD：解除树形化阈值。当链表的节点个数小于等于这个值时，会将红黑树转换成普通的链表。
MIN_TREEIFY_CAPACITY：树形化阈值的第二条件。当数组的长度小于这个值时，就算树形化阈达标，链表也不会转化为红黑树，而是优先扩容数组resize()。
threshold：数组扩容阈值。即：HashMap数组总容量乘以加载因子。当前容量大于或等于该值时会执行扩容resize()。扩容的容量为当前HashMap总容量的两倍。比如，当前HashMap的总容量为16，那么扩容之后为32。

3. 继承关系

// table 内部数组是节点类型
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
   
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next; // 下一个节点

    Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
   
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }

    public final K getKey()        {
    return key; }
    public final V getValue()      {
    return value; }
    public final String toString() {
    return key + "=" + value; }

    public final int hashCode() {
   
        return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
    }

    public final V setValue(V newValue) {
   
        V oldValue = value;
        value = newValue;
        return oldValue;
    }

    public final boolean equals(Object o) {
   
        if (o == this)
            return true;
        if (o instanceof Map.Entry) {
   
            Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
            if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                return true;
        }
        return false;
    }
}

拉链法的散列表是通过链表解决碰撞问题的，所以HashMap的内部数组是节点类型。

hash值是经过hash()方法处理过的hashCode，也就是数组的索引bucket，为了使hashCode分布更加随机。

java.util.HashMap<K, V>.Node<K, V>
java.util.LinkedMap<K, V>.Entry<K, V>
java.util.HashMap<K, V>.TreeNOde<K, V>

TreeNode是Node的子类，继承关系如下：Node是单向链表节点，Entry是双向链表节点，TreeNode是红黑树节点。TreeNode的代码400多行都是写的红黑树。

4. 简单总结

HashMap是基于拉链法实现的一个散列表，内部由数组和链表和红黑树实现。

数组的初始容量为16，而容量是以2的次方扩充的，一是为了提高性能使用足够大的数组，二是为了能使用位运算代替取模运算（据说提升了5~8倍）。
数组是否需要扩充通过负载因子来判断，如果当前元素个数为数组容量的0.75，就会扩充数组。这个0.75就是默认的负载因子，可由构造方法传入。也可以设置大于1的负载因子，这样数组就不会扩充，牺牲性能，节省内存。
为了解决碰撞，数组中的元素是单向链表类型。当链表长度到达一个阈值时（7或8），会将链表转换成红黑树提高性能。而当链表长度缩小到另一个阈值时（6），又会将红黑树转换回单向链表提高性能，这里是一个平衡点。
对于第三点补充说明，检查链表长度转换成红黑树之前，还会先检测当前数组是否到达一个阈值（64），如果没有到达这个容量，会放弃转换，先去扩充数组。所以上面也说了链表长度的阈值是7或8，因为会有一次放弃转换的操作。

5. 深入了解源码

5.1 构造方法

// 默认数组初始容量为16，负载因子为0.75
public HashMap() {
   
	this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
}
// 指定数组的初始容量
public HashMap(int initalCapacity) {
   
    this(initalCapacity, D