JDK7 HashMap

1、模型介绍

HashMap在JDK7中采用的基本存储结构都是 数组+链表 形式。它的底层维护一个Entry数组。它会根据计算的hashCode将对应的KV键值对存储到该数组中，一旦发生hashCode冲突，那么就会将该KV键值对放到对应的已有元素的后面， 此时便形成了一个链表式的存储结构。

2、底层实现原理

它基于hash算法，通过put方法和get方法存储和获取对象。

存储对象时，我们将K/V传给put方法时，它调用K的hashCode计算hash从而得到bucket位置。

获取对象时，我们将K传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals()方法确定键值对。

如果发生碰撞的时候，HashMap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来。在JDK 8中，如果一个bucket中碰撞冲突的元素超过某个限制(默认是8)，则使用红黑树来替换链表，从而提高速度。

3、描述一下put的过程

1、首次扩容：
先判断数组是否为空，若数组为空则进行第一次扩容（resize）16；

2、计算索引：
通过hash算法，计算键值对在数组中的索引；

3、插入数据：
如果当前位置元素为空，则直接插入数据；
如果当前位置元素非空，且key已存在，则直接覆盖其value；
如果当前位置元素非空，且key不存在，则将数据链到链表末端；
若链表长度达到8，则将链表转换成红黑树，并将数据插入树中；

4、再次扩容
如果数组中元素个数（size）超过threshold（capacity * load factor），则再次进行扩容操作。

4、HashMap扩容机制：

1、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)。

2、数组是否需要扩充是通过负载因子判断的，如果当前元素个数为数组容量的0.75时，就会扩充数组。这个0.75就是默认的负载因子，可由构造器传入。我们也可以设置大于1的负载因子，这样数组就不会扩充，牺牲性能，节省内存。

3、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（8），且table数组的大小也到达一个阈值时（64），会将链表转换成红黑树以提高性能。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。

5、HashMap中的循环链表是如何产生的

循环链表的问题只在JDK7之前才会出现，JDK8以后这个问题被彻底解决。

在多线程的情况下，当重新调整HashMap大小的时候，就会存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为在JDK 7中HashMap在进行数据插入时采用的是头插法。如果条件竞争发生了，那么就会产生死循环。

6、HashMap和HashTable的区别

1、HashTable是一个线程安全的Map实现，但HashMap是线程不安全的实现（HashMap在并发执行put操作时，可能会导致形成循环链表，从而引起死循环），所以HashMap比HashTable的性能高一点。
2、HashTable不允许使用null作为key和value，但HashMap可以使用null作为key或value。

7、HashMap为什么用红黑树而不用B树？

B/B+树多用于外存上时，B/B+也被成为一个磁盘友好的数据结构。

HashMap本来是 数组+链表 的形式，链表由于其查找慢的特点，所以需要被查找效率更高的红黑树结构来替换。如果用B/B+树的话，在数据量不是很多的情况下，数据都会“挤在”一个结点里面，这个时候遍历效率就退化成了链表。

JDK8 HashMap

JDK7中HashMap的实现方案有一个明显的缺点，即当Hash冲突严重时，在桶上形成的链表会变得越来越长，这样在查询时的效率就会越来越低，其时间复杂度为O(N)。

JDK8 对 HashMap 进行了一些修改，最大的不同就是利用了红黑树，所以其由 数组+链表+红黑树 组成。它的底层维护一个Node数组。当链表的存储的数据个数大于等于8的时候，不再采用链表存储，而采用了红黑树存储结构。这么做主要是在查询的时间复杂度上进行优化，链表为O(N)，而红黑树一直是O(logN)，可以大大的提高查找性能。