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1.HashMap的底層數據結構是什麼？
底層數據結構是哈希表結構（鏈表散列：數組+單向鏈表），結合了數組和鏈表的優點，當鏈表長度超過8時，鏈表會轉爲紅黑樹。數組中的每一個元素都是鏈表。總結來說就是HashMap在JDK1.8之前底層是由數組+鏈表實現的，從JDK1.8開始底層是由數組+鏈表或者數組+紅黑樹實現的。
追問：爲什麼在1.8中增加紅黑樹？
當需要查找某個元素的時候，線性探索是最直白的方式，它會把所有數據遍歷一遍直到找到你所查找的數據，對於數組和鏈表這種線性結構來說，當鏈表長度過長（數據有成百上千）的時候，會造成鏈表過深的問題，這種查找方式效率極低，時間複雜度是O(n)。簡單來說紅黑樹的出現就是爲了提高數據檢索的速度，時間複雜度爲O(logn)。比如，存儲數據個數爲256，使用紅黑樹遍歷只需要8次。
繼續追問：鏈表過深問題爲什麼不用二叉查找樹代替，而選擇紅黑樹？爲什麼不一直使用紅黑樹？
二叉樹在特殊情況下會變成一條線性結構，這就跟原來的鏈表結構一樣了，選擇紅黑樹就是爲了解決二叉樹的缺陷。
紅黑樹在插入數據的時候需要通過左旋、右旋、變色這些操作來保持平衡，爲了保持這種平衡是需要付出代價的。當鏈表很短的時候，沒必要使用紅黑樹，否則會導致效率更低，當鏈表很長的時候，使用紅黑樹，保持平衡的操作所消耗的資源要遠小於遍歷鏈表鎖消耗的效率，所以纔會設定一個閾值，去判斷什麼時候使用鏈表，什麼時候使用紅黑樹。
2.講一下HashMap的工作原理，put()和get()的過程分別是怎麼樣的？
1 存儲對象時，將key和vaule傳給put()方法：
- 判斷數組是否爲空，爲空進行初始化;
- 不爲空，計算 k 的 hash 值，通過(n - 1) & hash計算應當存放在數組中的下標 index;
- 查看 table[index] 是否存在數據，沒有數據就構造一個Node節點存放在 table[index] 中；
- 存在數據，說明發生了hash衝突(存在二個節點key的hash值一樣), 繼續判斷key是否相等，相等，用新的value替換原數據(onlyIfAbsent爲false)；
- 如果不相等，判斷當前節點類型是不是樹型節點，如果是樹型節點，創造樹型節點插入紅黑樹中；(如果當前節點是樹型節點證明當前已經是紅黑樹了)
- 如果不是樹型節點，創建普通Node加入鏈表中；判斷鏈表長度是否大於8並且數組長度大於64，大於的話鏈表轉換爲紅黑樹；
- 插入完成之後判斷當前節點數是否大於閾值（capacity*loadFactor），如果大於開始擴容爲原數組的二倍。
下面以流程圖方式更加直觀的看一下插入流程：
2 獲取對象時，將key傳給get()方法：
- 調用hash(key)方法獲取key對應的hash值從而獲取該鍵值對在數組中的下標。
- 對鏈表進行順序遍歷，使用equals()方法查找鏈表中相等的key對應的value值。
追問：說一下數組是怎麼擴容的？
創建一個新數組，新數組初始化容量大小是舊數組的兩倍，對原數組中元素重新進行一次hash從而定位在新數組中的存儲位置，元素在新數組中的位置只有兩種，原下標位置或原下標+舊數組的大小。
追問：爲什麼要對原數組中元素再重新進行一次hash？直接複製到新數組不行嗎？
因爲數組長度擴大以後Hash規則也會隨之變化。
Hash的公式—> index = HashCode（Key） & （Length - 1）
追問：在插入元素的時候，JDK1.7與JDK1.8有什麼不同？
1.7是先判斷是否需要擴容，再進行插入操作。1.8是先插入，插入完成之後再判斷是否需要擴容。
注：hashcode是用來定位的，定鍵值對在數組中的存儲位置。equals()方法是用來定性的，比較兩個對象是否相等。
3.你說JDK1.8之前使用頭插法將Entry節點插入鏈表，那麼頭插法具體是怎麼做的？設計頭插法的目的是什麼？
新值會作爲鏈表的頭部替換原來的值，原來的值會被順推到鏈表當中。下面以圖解方式說明一下：
設計者認爲後來插入的值被查找的概率比較高，使用頭插法可以提高查找的效率。
追問：那麼，在HashMap中，到底是怎樣形成環形鏈表的？
JDK7 中 HashMap 成環原因
成環的時機
1：HashMap 擴容時。
2：多線程環境下。
當多個線程同時對這個HashMap進行put操作，而察覺到內存容量不夠，需要進行擴容時，多個線程會同時執行resize操作，而這就出現問題了，問題的原因分析如下：
首先，在HashMap擴容時，會改變鏈表中的元素的順序，將元素從鏈表頭部插入。
重點就在這個transfer()中：
經過這幾步，我們會發現轉移的時候是逆序的。假如轉移前鏈表順序是1->2，那麼轉移後就會變成2->1。這時候就有點頭緒了，死鎖問題不就是因爲1->2的同時2->1造成的嗎？所以，HashMap 的死鎖問題就出在這個transfer()函數上。
假設原來oldTable裏存放a,b的hash值是一樣的，那麼entry鏈表順序是：
P1:oldTable[i]->a->b->null P2:oldTable[i]->a->b->null
線程P1運行到上面595行時，e=a(a.next=b),繼續運行到597行時，next=b。這個時候切換到線程P2，線程P2執行完這個鏈表的循環。如果恰a,b在新的table中的hash值又是一樣的，那麼此時的鏈表順序是：
主存:newTable[i]->b->a->null
注意這個時候，a1,a2連接順序已經反了。現在cpu重新切回P1，在第602行以後：e.next = newTable[i];即： a1.next=newTable[i];
newTable[i]=a1;
e=a2;
開始第二次while循環(e=a2,next=a1)：
a2.next=newTable[i];//也就是a2.next=a1
newTable[i]=a2
e=a1
開始第三次while循環（e=a1,next=null）
a1.next=newTable[i];//也就是a1.next=a2
這個時候a1.next=a2,a2.next=a1,形成迴環了，這樣就造成了死循環，在get操作的時候next永遠不爲null，造成死循環。
put()過程造成了環形鏈表，但是它沒有發生錯誤。一旦再調用get()就悲劇了。
可以看到很偶然的情況下會出現死循環，不過一旦出現後果是非常嚴重的，多線程的環境還是應該用ConcurrentHashMap。
4.HashMap是怎麼設定初始化容量大小的？
使用new HashMap()不傳值，默認大小是16，負載因子是0.75。如果傳入參數K，那麼初始化容量大小爲大於K的2的最小整數冪。比如傳入的是10，那麼初始化容量大小就是16（2的4次方）。
追問：爲什麼HashMap的數組長度要取2的整數冪？
因爲這樣數組長度-1正好相當於一個“低位掩碼”。“與”操作的結果就是散列值的高位全部歸零，只保留低位值，用來做數組下標訪問。以初始長度16爲例，16-1=15。2進製表示是00000000 00000000 00001111。和某散列值做“與”操作如下，結果就是截取了最低的四位值。
5.講一下HashMap中的哈希函數時怎麼實現的？
key的hashcode是一個32位的int類型值，hash函數就是將hashcode的高16位和低16位進行異或運算。
追問：哈希函數爲什麼這麼設計？
這是一個擾動函數，這樣設計的原因主要有兩點：
可以最大程度的降低hash碰撞的概率（hash值越分散越好）；
因爲是高頻操作，所以採用位運算，讓算法更加高效；
6.HashMap是線程安全的嗎？
不是，在多線程的情況下，1.7的HashMap會導致死循環、數據丟失、數據覆蓋。在1.8中如果有多個線程同時put()元素還是會存在數據覆蓋的問題。以1.8位例，A線程判斷index位置爲空後正好掛起，B線程開始向index位置寫入節點數據，這時A線程恢復現場，執行賦值操作，就把A線程的數據給覆蓋了。
追問：如何解決這個線程不安全的問題？
可以使用HashTable、Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap這些線程安全的Map。
追問：分別講一下這幾種Map都是如何實現線程安全的？
HashTable是直接在操作方法上加synchronized關鍵字，鎖住整個數組，粒度比較大；
Collections.synchronizedMap是使用Collections集合工具的內部類，通過傳入Map封裝出一個SynchronizedMap對象，內部定義了一個對象鎖，方法內通過對象鎖實現；
ConcurrentHashMap在JDK1.7中使用分段鎖，降低了鎖粒度，讓併發度大大提高，在JDK 1.8 中直接採用了CAS（無鎖算法）+ synchronized的方式來實現線程安全。
7.說一下HashMap在JDK1.8中都有哪些改變？
- 底層數據結構：1.7中是數組+鏈表。1.8中是數組+鏈表或數組+紅黑樹；
- 元素插入方式：1.7是頭插法插入鏈表。1.7是尾插法插入鏈表；
- 節點類型：1.7中數組中節點類型是Entry節點，1.8中數組中節點類型是Node節點；
- 元素插入流程：1.7中是先判斷是否需要擴容，再插入。1.8中是先插入，插入成功之後再判斷是否需要擴容；
- 擴容方式：1.7中需要對原數組中元素重新進行hash定位在新數組中的位置。1.8中採用更簡單的邏輯判斷，原下標位置或原下標+舊數組的大小。
8.HashMap的內部節點是有序的嗎？
是無序的，根據hash值隨機插入。
追問：你知道哪些有序的Map？
LinkedHashMap和TreeMap。
追問：說一下這兩種Map分別是怎麼實現有序的
LinkedHashMap： LinkedHashMap內部維護了一個單鏈表，有頭尾節點，同時LinkedHashMap節點Entry內部除了繼承HashMap的Node屬性，還有before 和 after用於標識前置節點和後置節點。可以實現按插入的順序或訪問順序排序。
TreeHashMap： TreeMap是按照Key的自然順序或者Comprator的順序進行排序，內部是通過紅黑樹來實現。所以要麼key所屬的類實現Comparable接口，或者自定義一個實現了Comparator接口的比較器，傳給TreeMap用於key的比較。
9 .HashMap，LinkedHashMap，TreeMap 有什麼區別？
LinkedHashMap 保存了記錄的插入順序，在用 Iterator 遍歷時，先取到的記錄肯定是先插入的；遍歷比 HashMap 慢。TreeMap 實現 SortMap 接口，能夠把它保存的記錄根據鍵排序（默認按鍵值升序排序，也可以指定排序的比較器）
追問：講一下這三種Map的使用場景
一般情況下，使用最多的是 HashMap。
HashMap：在 Map 中插入、刪除和定位元素時；
TreeMap：在需要按自然順序或自定義順序遍歷鍵的情況下；
LinkedHashMap：在需要輸出的順序和輸入的順序相同的情況下。