数据结构——HashMap(内含图形演示)

一、底层数据结构，1.7 与 1.8 有何不同？

        ①1.7 数组 + 链表，1.8 数组 + （链表 |  红黑树）

细节：1.8的链表和红黑数是可以互相转换的，链表元素比较多的时候，链表就会转成红黑树，元素减少了，红黑树也可以退化成链表。

二、为何要用红黑树，为何一上来不树化，树化阈值为何是 8，何时会树化，何时会退化为链表？

①红黑树用来避免 DoS 攻击，防止链表超长时性能下降，树化应当是偶然情况

        ①hash 表的查找，更新的时间复杂度是 O1，而O(1)，而红黑树的查找，更新的时间复杂度是 Olog2nO(log_2⁡n )，TreeNode 占用空间也比普通 Node 的大，如非必要，尽量还是使用链表。

        ②hash 值如果足够随机，则在 hash 表内按泊松分布，在负载因子 0.75 的情况下，长度超过 8 的链表出现概率是 0.00000006，选择 8 就是为了让树化几率足够小

②树化两个条件：链表长度超过树化阈值；数组容量 >= 64

③退化情况1：在扩容时如果拆分树时，树元素个数 <= 6 则会退化链表

④退化情况2：remove 树节点时，若 root、root.left、root.right、root.left.left 有一个为 null ，也会退化为链表

三、索引如何计算？hashCode 都有了，为何还要提供 hash() 方法？数组容量为何是 2 的 n 次幂？

        ①计算对象的 hashCode()，再进行调用 HashMap 的 hash() 方法进行二次哈希，最后 & (capacity – 1) 得到索引

        ②二次 hash() 是为了综合高位数据，让哈希分布更为均匀

        ③计算索引时，如果是 2 的 n 次幂可以使用位与运算代替取模，效率更高；扩容时 hash & oldCap == 0 的元素留在原来位置 ，否则新位置 = 旧位置 + oldCap

        ④但 ①、②、③ 都是为了配合容量为 2 的 n 次幂时的优化手段，例如 Hashtable 的容量就不是 2 的 n 次幂，并不能说哪种设计更优，应该是设计者综合了各种因素，最终选择了使用 2 的 n 次幂作为容量

四、介绍一下 put 方法流程，1.7 与 1.8 有何不同？

①HashMap 是懒惰创建数组的，首次使用才创建数组

②计算索引（桶下标）

③如果桶下标还没人占用，创建 Node 占位返回

④如果桶下标已经有人占用

        ①已经是 TreeNode 走红黑树的添加或更新逻辑

        ②是普通 Node，走链表的添加或更新逻辑，如果链表长度超过树化阈值，走树化逻辑

⑤返回前检查容量是否超过阈值，一旦超过进行扩容

⑥不同

        ①链表插入节点时，1.7 是头插法，1.8 是尾插法

        ②1.7 是大于等于阈值且没有空位时才扩容，而 1.8 是大于阈值就扩容

        ③1.8 在扩容计算 Node 索引时，会优化

五、加载因子为何默认是 0.75f

①在空间占用与查询时间之间取得较好的权衡

②大于这个值，空间节省了，但链表就会比较长影响性能

③小于这个值，冲突减少了，但扩容就会更频繁，空间占用多

六、图形演示及讲解

        1、快速查找演示:和ArrayList对比，查找a元素，list需要一个一个遍历，而hashmap获取原始hash值，二次hash，再计算出桶下标，就可以实现快速查找。如果查找c，因为s，c的桶下标一样，而且s是链表头，先要与s比较是否相等，才可以继续往下遍历。 

        2、链表过程的一些解决思路：现在我们给插入的12345678固定他的hash，使其插入都同一个索引，这时候我们查找元素，复杂度从理想的O(1) -> O(n)，所以我们得缩短链表。

         扩容思路1：链表扩容，容量是16，扩容因子是0.75，即元素个数到达13个，链表就会扩容。如下图，因为扩容之后桶下标重新计算，由原来的模16变成模32，链表长度缩短的。

        特殊情况：原始hash都一样，扩容之后桶下标也没有变化，所以链表不会缩短。

         扩容思路2：树化，但是需要满足两个条件。1、链表长度大于8,2、数组容量大于等于64

         细节：链表的长度是可能大于8的，因为如果原始码都一样，然而数组长度并没有到达64。另外提一句，树化的情况是极少出现的，算是异常的情况。如第二张图，将23万个英语单词放入HashMap，统计每种数量的情况。

 

        3、退化情况，如下图，abc从链表脱离出来，长度小于6，退化成链表