HashMap 简介

• HashMap 主要用来存放键值对，它基于哈希表的 Map 接口实现，是常用的 Java 集合之一，是线程不安全的。 HashMap；
• 可以存储 null 的 key 和 value ，但 null 作为 key 只能有一个，null 作为值可以有多个；
• JDk 1.8 之前 HashMap 底层是由数组+链表实现的，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的（拉链法解决冲突）。JDK 1.8 及之后的 HashMap 在解决哈希冲突时使用了红黑树，当链表长度大于等于阈值（默认为8）并且数组长度超过64时（未超过64会先将数组扩容），将链表转化为红黑树，以减少所搜时间；
• HashMap 默认的初始大小为16，负载因子为0.75，数组使用超过 16 * 0.75 =12 后就将进行扩容，每次扩充容量变为原来的2倍。并且，HashMap 总是使用2的幂作为哈希表的大小；
  

为什么使用红黑树

• 在使用红黑树之前，即使哈希函数取值再好，也很难达到元素完全均匀分布，当 HashMap 中有大量的元素都存放在一个数组节点时，这个节点下就有一条长链表，这时候 HashMap 就相当于一个单链表，查找的时间复杂度为O(n)，失去了其优势；
• 针对这种情况，JDK 1.8 中引入了红黑树（红黑树的查找时间复杂度为：O(logn) ）来优化这个问题，当链表长度很小的时候，即使遍历，速度也很快；

为什么单链表长度超过8时才转为红黑树结构

• 因为树节点所占空间是普通节点的两倍，所以只有当节点足够多的时候，才会使用树节点。
  
• 源码上说，为了配合使用分布良好的 hashCode ，树节点很少使用；
• 在理想情况下，受随机分布的 hashCode 影响，链表中的节点遵守泊松分布，而且根据统计，链表节点数是8的概率已经非常小了，只有在这种比较罕见和极端的情况下，才会把链表转变为红黑树；
• 链表转化为红黑树也是需要消耗性能的；

为什么 HashMap 线程不安全

• 非同步操作：HashMap 的实现不是线程安全的，它没有内部机制来处理多个线程同时访问或修改 HashMap 的情况。如果多个线程对 HashMap 进行插入、删除或更新操作，可能会导致数据的不一致或损坏；
• 容量扩容：HashMap 在扩容时，需要重新计算元素的哈希值并重新分配存储位置，这个过程涉及到对原数组进行复制和重新插入元素的操作。如果在扩容期间有其他线程对 HashMap 进行并发修改，就可能导致数据丢失或出现异常；
• 非原子操作：HashMap 的操作不是原子性的，例如 put() 方法涉及到了多个步骤，包括计算哈希值、查找和插入元素等。如果多个线程同时执行这些操作，就有可能导致数据不一致的情况

解决方法：

• 使用同步机制：可以使用线程安全的 Map 实现，如 ConcurrentHashMap ，或者通过在访问 HashMap 时使用 synchronized 或其他锁机制来确保同一时间只有一个线程能够修改 HashMap；
• 使用线程封闭：可以将 HashMap 封闭在单个线程中，通过使用 ThreadLocal 或将 HashMap 作为局部变量在每个线程中进行操作，从而避免多线程访问导致线程安全问题；