1. HashMap 概述
HashMap 是 Java 集合框架中最常用的数据结构之一，基于哈希表（Hash Table）实现。它以键值对（Key-Value）存储数据，允许 null 键和 null 值，且无序。
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1.1 HashMap 的特性
- 基于哈希表（Hash Table）实现
- 允许
null键和null值 - 非线程安全
- 默认初始容量
16，负载因子0.75 - JDK 1.8 之后采用 数组 + 链表 + 红黑树 结构
Map<String, Integer> map = new HashMap<>();
map.put("Java", 1);
map.put("Python", 2);
System.out.println(map.get("Java")); // 1
2. HashMap 的底层数据结构
2.1 JDK 1.7 结构（数组 + 链表）
在 JDK 1.7 及之前，HashMap 采用 数组 + 链表 实现：
table[0] → (key1, value1) → (key2, value2) → (key3, value3) → null
table[1] → (key4, value4) → null
table[2] → (key5, value5) → null
...
2.2 JDK 1.8 结构（数组 + 链表 + 红黑树）
JDK 1.8 进行了优化：
- 当链表长度 超过 8，转换为 红黑树 以提高查询性能（O(n) → O(log n)）。
- 当链表长度 小于 6，恢复为 链表。
table[0] → (key1, value1) → (key2, value2) → 红黑树
table[1] → (key3, value3) → null
table[2] → (key4, value4) → null
3. HashMap 核心源码解析
3.1 put(K key, V value) 方法
put() 方法用于向 HashMap 添加键值对，底层步骤如下：
-
计算哈希值：调用
hash(key)方法，计算key在数组中的索引。 -
索引定位：确定该
key对应的数组位置table[index]。 -
检查是否冲突：
- 无冲突：直接插入（数组无元素）。
- 有冲突（已有元素）：使用链表或红黑树存储。
-
扩容判断：如果元素数量超过
threshold（容量 * 负载因子），触发 resize() 扩容。
源码分析：
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
-
hash(key)计算键的哈希值。 -
putVal()负责存储键值对。
3.2 hash() 计算哈希值
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
解释：
-
key.hashCode()获取哈希码。 - 右移 16 位后与自身异或（
^），减少哈希冲突。
3.3 resize() 扩容机制
当 HashMap 的元素数量超过阈值（默认 0.75 * capacity），会进行扩容：
-
容量翻倍（
newCapacity = oldCapacity * 2）。 - 重新计算索引位置，将所有元素重新映射到新数组。
源码：
void resize(int newCapacity) {
Node<K,V>[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
int newThreshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
table = new Node[newCapacity];
for (Node<K,V> e : oldTable) {
if (e != null) {
int newIndex = e.hash & (newCapacity - 1);
table[newIndex] = e;
}
}
}
4. JDK 1.7 vs JDK 1.8 的区别
| 版本 | 结构 | 主要优化 |
|---|---|---|
| JDK 1.7 | 数组 + 链表 | 头插法（导致死循环） |
| JDK 1.8 | 数组 + 链表 + 红黑树 | 1. 采用 尾插法 避免死循环 2. 长链表转换为 红黑树 |
5. HashMap 的并发问题
5.1 JDK 1.7 的并发问题
-
并发扩容导致死循环（线程同时
resize()）。 - 多线程同时插入数据，导致数据丢失。
5.2 线程安全的替代方案
-
ConcurrentHashMap：推荐使用，线程安全，性能高。 -
Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())：使用同步包装类。
示例：
Map<String, String> syncMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());
6. HashMap 面试高频问题
Q1：HashMap 为什么使用 hash & (length - 1) 而不是 hash % length？
A：& 运算比 % 更高效，length 为 2 的幂时，hash & (length - 1) 能保证均匀分布。
Q2：HashMap 什么时候扩容？
A：当元素个数 超过 capacity * loadFactor（默认 16 * 0.75 = 12）时。
Q3：为什么 JDK 1.8 使用尾插法？
A：
- 头插法在多线程环境下可能导致 死循环（链表形成环）。
- 尾插法能避免这个问题，提高稳定性。
Q4：为什么 JDK 1.8 使用红黑树？
A：
- 当链表长度超过 8 时，查找效率降为 O(n)。
- 红黑树 使查找变为 O(log n)，提高性能。
7. 总结
- HashMap 采用数组 + 链表 + 红黑树** 结构。
- JDK 1.7 使用头插法，JDK 1.8 使用尾插法，避免死循环。
- 默认负载因子
0.75，超过capacity * 0.75时扩容。 -
多线程环境下请使用
ConcurrentHashMap代替HashMap。
