《吊打面试官》系列-HashMap
本文公众号来源：三太子敖丙作者：三太子敖丙本文已收录至我的GitHub
前言
作为一个在互联网公司面一次拿一次Offer的面霸，打败了无数竞争对手，每次都只能看到无数落寞的身影失望的离开，略感愧疚（请允许我使用一下夸张的修辞手法）。
于是在一个寂寞难耐的夜晚，我痛定思痛，决定开始写互联网技术栈面试相关的文章，希望能帮助各位读者以后面试势如破竹，对面试官进行360°的反击，吊打问你的面试官，让一同面试的同僚瞠目结舌，疯狂收割大厂Offer！
所有文章的名字只是我的噱头，我们应该有一颗谦逊的心，所以希望大家怀着空杯心态好好学，一起进步。
正文
一个婀娜多姿，穿着衬衣的小姐姐，拿着一个精致的小笔记本，径直走过来坐在我的面前。
看着眼前这个美丽的女人，心想这不会就是Java基础系列的面试官吧，真香。
不过看样子这么年轻应该问不出什么深度的吧，嘻嘻。（哦？是么?）
小伙子，听前面的面试官说了，你Redis和消息队列都回答得不错，看来还是有点东西。
美丽迷人的面试官您好，您见笑了，全靠看了敖丙的《吊打面试官》系列，不然我还真的回答不上很多原本的知识盲区，他真的有点东西。
面试官心想：哦，吊打面试官是么，那今天我就让你知道，吊打这两个字怎么写的吧，年轻人啊，提前为你感到惋惜。
嗯嗯小帅比，虽然前面的技术栈没啥太大的瑕疵，不过未来很长的一段时间我会用一期期的基础教你做人的，你要准备好哟！
好了我们开始今天的面试吧，小伙子你了解数据结构中的HashMap么？能跟我聊聊他的结构和底层原理么？
切，这也太看不起我了吧，居然问这种低级问题，不过还是要好好回答。
嗯嗯面试官，我知道HashMap是我们非常常用的数据结构，由数组和链表组合构成的数据结构。
大概如下，数组里面每个地方都存了Key-Value这样的实例，在Java7叫Entry在Java8中叫Node。
因为他本身所有的位置都为null，在put插入的时候会根据key的hash去计算一个index值。
就比如我put（”帅丙“，520），我插入了为”帅丙“的元素，这个时候我们会通过哈希函数计算出插入的位置，计算出来index是2那结果如下。
hash（“帅丙”）= 2
你提到了还有链表，为啥需要链表，链表又是怎么样子的呢？
我们都知道数组长度是有限的，在有限的长度里面我们使用哈希，哈希本身就存在概率性，就是”帅丙“和”丙帅“我们都去hash有一定的概率会一样，就像上面的情况我再次哈希”丙帅“极端情况也会hash到一个值上，那就形成了链表。
每一个节点都会保存自身的hash、key、value、以及下个节点，我看看Node的源码。
说到链表我想问一下，你知道新的Entry节点在插入链表的时候，是怎么插入的么？
java8之前是头插法，就是说新来的值会取代原有的值，原有的值就顺推到链表中去，就像上面的例子一样，因为写这个代码的作者认为后来的值被查找的可能性更大一点，提升查找的效率。
但是，在java8之后，都是所用尾部插入了。
为啥改为尾部插入呢？
这！！！这个问题，面试官可真会问！！！还好我饱读诗书，不然死定了！
有人认为是作者随性而为，没啥luan用，其实不然，其中暗藏玄机
首先我们看下HashMap的扩容机制：
帅丙提到过了，数组容量是有限的，数据多次插入的，到达一定的数量就会进行扩容，也就是resize。
什么时候resize呢？
有两个因素：
Capacity：HashMap当前长度。
LoadFactor：负载因子，默认值0.75f。
怎么理解呢，就比如当前的容量大小为100，当你存进第76个的时候，判断发现需要进行resize了，那就进行扩容，但是HashMap的扩容也不是简单的扩大点容量这么简单的。
扩容？它是怎么扩容的呢？
分为两步
扩容：创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍。
ReHash：遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。
为什么要重新Hash呢，直接复制过去不香么？
卧槽这个问题！有点知识盲区呀！
1x1得 1 1x2 得 2 …. 有了，我想起来敖丙那天晚上在我耳边的话了：假如我年少有为不自卑，懂得什么是珍贵，那些美梦没给你，我一生有愧….什么鬼！
小姐姐：是因为长度扩大以后，Hash的规则也随之改变。
Hash的公式---> index = HashCode（Key） & （Length - 1）
原来长度（Length）是8你位运算出来的值是2 ，新的长度是16你位运算出来的值明显不一样了。
扩容前：
扩容后：
说完扩容机制我们言归正传，为啥之前用头插法，java8之后改成尾插了呢？
卧槽，我以为她忘记了！居然还是被问到了！
我先举个例子吧，我们现在往一个容量大小为2的put两个值，负载因子是0.75是不是我们在put第二个的时候就会进行resize？
2*0.75 = 1 所以插入第二个就要resize了
现在我们要在容量为2的容器里面用不同线程插入A，B，C，假如我们在resize之前打个短点，那意味着数据都插入了但是还没resize那扩容前可能是这样的。
我们可以看到链表的指向A->B->C
Tip：A的下一个指针是指向B的
因为resize的赋值方式，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置，在旧数组中同一条Entry链上的元素，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置上。
就可能出现下面的情况，大家发现问题没有？
B的下一个指针指向了A
一旦几个线程都调整完成，就可能出现环形链表
如果这个时候去取值，悲剧就出现了——Infinite Loop。
诶卧槽，小伙子难不倒他呀！
小伙子有点东西呀，但是你都都说了头插是JDK1.7的那1.8的尾插是怎么样的呢？
因为java8之后链表有红黑树的部分，大家可以看到代码已经多了很多if else的逻辑判断了，红黑树的引入巧妙的将原本O(n)的时间复杂度降低到了O(logn)。
Tip：红黑树的知识点同样很重要，还是那句话不打没把握的仗，限于篇幅原因，我就不在这里过多描述了，以后写到数据结构再说吧，不过要面试的仔，还是要准备好，反正我是经常问到的。
使用头插会改变链表的上的顺序，但是如果使用尾插，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。
就是说原本是A->B，在扩容后那个链表还是A->B
Java7在多线程操作HashMap时可能引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序倒置，在转移过程中修改了原来链表中节点的引用关系。
Java8在同样的前提下并不会引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序不变，保持之前节点的引用关系。
那是不是意味着Java8就可以把HashMap用在多线程中呢？
我认为即使不会出现死循环，但是通过源码看到put/get方法都没有加同步锁，多线程情况最容易出现的就是：无法保证上一秒put的值，下一秒get的时候还是原值，所以线程安全还是无法保证。
小伙子回答得很好嘛，这都被你回答道了，面试这么多人都不知道头插和尾插，还是被你说出来了，可以可以。
面试官谬赞啊，要不是你这样美若天仙的面试官面试我，我估计是想不起来了。
我*，你套近乎？
小姐姐抿嘴一笑，小子你offer有了，耶稣都带不走你，我说的！
那我问你HashMap的默认初始化长度是多少？
我记得我在看源码的时候初始化大小是16
你那知道为啥是16么？
卧*，这叫什么问题啊？他为啥是16我怎么知道？？？你确定你没逗我？
我努力回忆源码，不知道有没有漏掉什么细节，以前在学校熬夜看源码的一幕幕在脑海里闪过，想起那个晚上在操场上，跟我好了半个月的小绿拉着我的手说：你就要当爸爸了。
等等，这都是什么鬼，哦哦哦，想起来了！！！
在JDK1.8的 236 行有1<<4就是16，为啥用位运算呢？直接写16不好么？
我再次陷入沉思，疯狂脑暴，叮！
有了！
面试官您好，我们在创建HashMap的时候，阿里巴巴规范插件会提醒我们最好赋初值，而且最好是2的幂。
这样是为了位运算的方便，位与运算比算数计算的效率高了很多，之所以选择16，是为了服务将Key映射到index的算法。
我前面说了所有的key我们都会拿到他的hash，但是我们怎么尽可能的得到一个均匀分布的hash呢？
是的我们通过Key的HashCode值去做位运算。
我打个比方，key为”帅丙“的十进制为766132那二进制就是 10111011000010110100
我们再看下index的计算公式：index = HashCode（Key） & （Length- 1）
15的的二进制是1111，那10111011000010110100 &1111 十进制就是4
之所以用位与运算效果与取模一样，性能也提高了不少！
那为啥用16不用别的呢？
因为在使用不是2的幂的数字的时候，Length-1的值是所有二进制位全为1，这种情况下，index的结果等同于HashCode后几位的值。
只要输入的HashCode本身分布均匀，Hash算法的结果就是均匀的。
这是为了实现均匀分布。
哟小家伙，知道的确实很多，那我问你个问题，为啥我们重写equals方法的时候需要重写hashCode方法呢？
你能用HashMap给我举个例子么？
这都能被他问到，还好我看了敖丙的系列呀，不然真的完了！！！
但是我想拖延点时间，只能故做沉思，仰望天空片刻，45°仰望天空的样子，说实话，我看到面试官都流口水了！可惜我是他永远得不到的男人，好了不装逼了。
我想起来了面试官！
因为在java中，所有的对象都是继承于Object类。Ojbect类中有两个方法equals、hashCode，这两个方法都是用来比较两个对象是否相等的。
在未重写equals方法我们是继承了object的equals方法，那里的 equals是比较两个对象的内存地址，显然我们new了2个对象内存地址肯定不一样
对于值对象，==比较的是两个对象的值
对于引用对象，比较的是两个对象的地址
大家是否还记得我说的HashMap是通过key的hashCode去寻找index的，那index一样就形成链表了，也就是说”帅丙“和”丙帅“的index都可能是2，在一个链表上的。
我们去get的时候，他就是根据key去hash然后计算出index，找到了2，那我怎么找到具体的”帅丙“还是”丙帅“呢？
equals！是的，所以如果我们对equals方法进行了重写，建议一定要对hashCode方法重写，以保证相同的对象返回相同的hash值，不同的对象返回不同的hash值。
不然一个链表的对象，你哪里知道你要找的是哪个，到时候发现hashCode都一样，这不是完犊子嘛。
可以可以小伙子，我记得你上面说过他是线程不安全的，那你能跟我聊聊你们是怎么处理HashMap在线程安全的场景么？
面试官，在这样的场景，我们一般都会使用HashTable或者CurrentHashMap，但是因为前者的并发度的原因基本上没啥使用场景了，所以存在线程不安全的场景我们都使用的是CorruentHashMap。
HashTable我看过他的源码，很简单粗暴，直接在方法上锁，并发度很低，最多同时允许一个线程访问，currentHashMap就好很多了，1.7和1.8有较大的不同，不过并发度都比前者好太多了。
那你能跟我聊聊CurrentHashMap么？
好呀，不过今天天色已晚，我觉得我们要不改天再约？
再说最近敖丙好像双十二比较忙，一次怎么能怼这么多呢？
好吧好吧，小伙子还挺会为别人着想，而且还喜欢这么优秀的作者，你我觉得来日可期，那我们改日再约，今天表现很好，希望下次能保持住！
总结
HashMap绝对是最常问的集合之一，基本上所有点都要烂熟于心的那种，篇幅和时间的关系，我就不多介绍了，核心的点我基本上都讲到了，不过像红黑树这样的就没怎么聊了，但是不代表不重要。
篇幅和精力的原因我就介绍到了一部分的主要知识点，我总结了一些关于HashMap常见的面试题，大家问下自己能不能回答上来，不能的话要去查清楚哟。
HashMap常见面试题：
HashMap的底层数据结构？
HashMap的存取原理？
Java7和Java8的区别？
为啥会线程不安全？
有什么线程安全的类代替么?
默认初始化大小是多少？为啥是这么多？为啥大小都是2的幂？
HashMap的扩容方式？负载因子是多少？为什是这么多？
HashMap的主要参数都有哪些？
HashMap是怎么处理hash碰撞的？
hash的计算规则？
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