很多人在面試的時候總會被問到HashMap原理，卻很少有人能夠回答的好，或者說回答的太粗淺，被人一下看出大概的技術水平自己卻毫不知情。今天我們來研究一下爲什麼面試官這麼喜歡問HashMap吧？
1.HashMap put()相關知識
首先我們先了解hashmap的大致原理，hashmap是由數組+鏈表的方式組成的,如下圖：
上圖左邊的數組長度是16（初始大小），每個數組位置上放置的是一個鏈表（Node）,put數據時，當鏈表中的key的hash值相同時而value值不同（Java 7存入鏈表頭部，Java 8存入鏈表尾部）,如果key值也相同則覆蓋之前的鏈表節點。鏈表長度大於8則轉換爲紅黑樹（Java 8），爲什麼要用紅黑樹後面再進行講解，這裏要詳細介紹一下hash表中的有關紅黑樹的3個關鍵參數：
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TREEIFY_THRESHOLD = 8
一個桶的樹化閾值，桶中元素超過這個值才使用紅黑樹節點替換鏈表節點，這個值必須爲8，要不然頻繁轉換效率也不高。
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static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6
一個樹的鏈表還原閾值，當擴容時，會進行重新hash(Java 7 全部重新hash,Java 8部分重新hash)桶中元素個數小於這個值時，就會把樹形的桶元素還原爲鏈表結構。這個值至多爲6。
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static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64
/** * The smallest table capacity for which bins may be treeified. * (Otherwise the table is resized if too many nodes in a bin.) * Should be at least 4 * TREEIFY_THRESHOLD to avoid conflicts * between resizing and treeification thresholds. */
對於第三點尚有疑問，上面是從源碼中拷貝的註釋，我個人理解是哈希表的最小的被樹形化的值是64，然後後面什麼防止樹形化和擴容衝突至少是32，我的疑問是鏈表長度超過8不就轉化爲紅黑樹了嗎，這個值具體含義也不是很理解，希望大家指點。
2.爲什麼要引入紅黑樹？
JDK 1.8以前是數組+鏈表，還未引入紅黑樹，這就導致了鏈表過長時查找的時間複雜度是O(n), 完全失去了設計HashMap時的設計初衷，針對這種情況JDK 1.8引入了紅黑樹（查找的時間複雜度爲O(logN),什麼是紅黑樹呢，紅黑樹是一種自平衡的二叉查找樹，不是一種絕對平衡的二叉樹，它放棄了追求絕對平衡，追求大致平衡，在與平衡二叉樹的時間複雜度相差不大的情況下，保證每次插入最多隻需要三次旋轉就能達到平衡，實現起來也更爲簡單。從而獲得更高的查找性能。
3.爲什麼初始值大小爲2的n次方
hashmap的初始值是16，即2的4次方，之後的每次擴容都是兩倍擴容，爲什麼要這麼設計呢？我覺得有一下幾點：
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如果往hashmap中存放數據，我們首先得保證它能夠儘量均勻分佈，爲了保證能夠均勻分佈，我們可能會想到用取模的方式去實現，如果用傳統的‘%’方式來實現效率不高，當大小（length）總爲2的n次方時，h&(length-1)運算等價於對length取模，也就是h%lenth,但是&比%具有更高的效率,同時也減少了hash碰撞。
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和h&(length-1)相關，當容量大小(n)爲2的n次方時，n-1 的二進制的後幾位全是1，在h爲隨機數的情況下，與（n-1）進行與操作時，會分佈的更均勻，想一想，如果n-1的二進制數是1110，當尾數爲0時，與出來的值尾數永遠爲0，那麼0001，1001，1101等尾數爲1的位置就永遠不可能被entry佔用，就造成了空間浪費。
在hashmap源碼中，put方法會調用indexFor方法，這個方法主要是根據key的hash值找到這個entry在table中的位置，最後 return 的是 h&(length-1)
4.HashMap和其他數據結構的關聯
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與Hashtable的關係，Hashtable是線程安全的，比如put，get等很多使用了synchronized修飾，和ConcurrentHashMap相比，在Hashtable的大小增加到一定的時候，效率會急劇下降，因爲迭代時需要被鎖定很長的時間，ConcurrentHashMap引入了分割，僅僅需要鎖定map的某個部分，所以其實效率並不高。再看看Hashtable的put方法
public synchronized V put(K key, V value) { // Make sure the value is not null if (value == null) { throw new NullPointerException(); } // Makes sure the key is not already in the hashtable. HashtableEntry<?,?> tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; @SuppressWarnings("unchecked") HashtableEntry<K,V> entry = (HashtableEntry<K,V>)tab[index]; for(; entry != null ; entry = entry.next) { if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) { V old = entry.value; entry.value = value; return old; } } addEntry(hash, key, value, index); return null; }
可以看到，裏面的index是用%的方式進行取下標，看起來效率也不行啊，最後從命名上看HashMap和Hashtable，Hashtable明顯沒遵循駝峯式命名規則，這可能也是它被棄用原因之一（哈哈哈）。
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與HashSet的關係，我們先來看HashSet的add方法
public boolean add(E e) { return map.put(e, PRESENT)==null; }
這裏面的map是一個HashMap,e是放入的元素，value此時有一個統一的值：
private static final Object PRESENT = new Object();
可以看出，其實HashSet就是一個限制功能了的HashMap，如果你瞭解了HashMap，HashSet你自然就懂了。雖然說Set對於重複的元素不放入，倒不如直接說是底層的Map直接把原值替代了。HashSet沒有提供get方法，原因同HashMap一樣，Set內部是無序的，只能通過迭代的方式獲取。
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與LinkedHashMap的關係，LinkedHashMap是一個數組+雙向鏈表與HashMap不同，可以保證元素的迭代順序，該迭代順序可以是插入順序或者是訪問順序（LRU原理）。
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與LinkedHashSet的關係，LinkedHashSet是繼承自HashSet,底層實現是LinkedHashMap。
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TreeSet中存放的元素是有序的（不是插入時的順序，是有按關鍵字大小排序的），且元素不能重複。
5. HashMap在 Java7 和 Java8 的變化
擴容時是否全部重新hash和引入紅黑樹
總結
通過上面的分析，你應該明白爲什麼面試官那麼喜歡問HashMap了，因爲HashMap設計到的點太多了，可問的東西太多了，比較具有代表性，如果能夠充分了解HashMap，也能夠漸漸做到一通百通了。高質量編程視頻shangyepingtai.xin