Hashmap底层解析.面试连环问 | 大别山码将

@Hashmap？ hashmap 线程安全吗？能变成线程安全吗？不安全，会出现什么现象？

HashMap基于Map接口实现，元素以键值对的方式存储，并且允许使用null 建和null值，因为key不允许重复，因此只能有一个键为null,另外HashMap不能保证放入元素的顺序，它是无序的。HashMap是线程不安全的。多线程环境中推荐ConcurrentHashMap。

JDK1.8之前：

HashMap 底层数据结构是 数组和链表也就是 散列表，它整合了数组的快速索引和链表的动态扩容这两种数据结构的优势**。初始状态是一个长度为16的数组，每个元素存储的是一个链表的头结点**。

判断元素存放的位置一般情况是通过hash(key.hashCode())%length获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到或者hash&(length-1)。（hash能把把任意长度数据的输入，通过hash算法变成固定长度的输出。hash算法的执行效率要更高效）（比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。）但计算时可能会遇到哈希冲突，也就是不同元素计算出的hash值是一样的，也就是它们在数组的同一个位置，这时候则将冲突的值加到该位置数组的链表中即可。

判断当前元素存放的位置（也就是对应的数组下标）一般情况是通过hash%length也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到，注意：计算时要让key的hash值高16位也参与路由运算，因为当数组的长度length很短时，只有低位数的hashcode值能参与运算。而让高16位参与运算可以更好的均匀散列，降低hash冲突的几率，让 HashMap 存取⾼效。

实际中我们一般使用hash&(length-1)进行元素位置计算，因为计算机中直接求余效率不如位移运算&，要想保证hash%length==hash&(length-1)，那么length必须是2的n次方，这也解释了HashMap的长度为什么是2的幂次方的问题

发生冲突时会形成链表，当链表⻓度⼤于阈值（默认为 8），并且数组长度超过64个时，那么这个链表就会树化成红黑树，因为当出现由于哈希冲突导致形成的链表链化链得很长的的时候，hashMap的查找速度就从O(1)升到O(n)，违背了我们使用数组+链表提高查询效率的初衷，而红黑树是一个自平衡的二叉查找树，可以提高查询效率。所以hashmap底层结构其实是数组+链表+红黑树；而当数组长度并未超过64个时就选择对数组进行扩容，数组默认长度为16，把数组长度扩大，桶位多了，每个桶位存放的链表长度就减少了，那么查询的效率就会提升；

HashMap多线程操作导致死循环问题：

主要原因是多线程情况下数组进行put操作，如果数组的长度不够， 那么这时候HashMap就会进行Rehash操作，两个线程在这个时候很有可能同时触发了rehash操作，造成元素之间会形成⼀个循环链表。不过，jdk 1.8 后解决了这个问题，但是还是不建议在多线程下使⽤ HashMap,因为多线程下使⽤ HashMap 还是会存在其他问题⽐如数据丢失。所以为什么并发环境下推荐使⽤ ConcurrentHashMap 。 ConcurrentHashMap线程安全的具体实现（底层实现）

JDK1.7:

① 在 JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap （分段锁）

JDK1.7 的 ConcurrentHashMap 底层采⽤ 分段的数组+链表 实现，JDK1.8采⽤数组+链表/红⿊树。对整个桶数组中的数据进⾏分割分段( Segment )，然后给每⼀段数据配⼀把锁，当⼀个线程占⽤锁访问其中⼀个段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。就不会存在锁竞争，提⾼了并发访问率。

ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和HashEntry 数组结构组成。

⼀个 ConcurrentHashMap ⾥包含⼀个 Segment 数组。 Segment 的结构和 HashMap 类似，是⼀种数组和链表结构。⼀个 Segment 包含⼀个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是⼀个链表结构的元素，⽤于存储键值对数据。Segment 是⼀种可重⼊锁，扮演锁的⻆⾊。当对 HashEntry 数组的数据进⾏修改时，必须⾸先获得对应的 Segment 的锁。

JDK1.8:

ConcurrentHashMap 取消了 Segment 分段锁，底层结构采用数组+链表/红⿊⼆叉树，采⽤ CAS 和 synchronized 来保证并发安全。。Java 8 在链表⻓度超过⼀定阈值（8）时将链表（寻址时间复杂度为 O(N)）转换为**红⿊树（寻址时间复杂度为 O(log(N))）**synchronized 只锁定当前链表或红⿊⼆叉树的⾸节点，这样只要 hash 不冲突，就不会产⽣并发，效率⼜提升 N 倍。

HashMap和HashTable区别

1. 线程是否安全： **HashMap 是⾮线程安全的， HashTable 是线程安全的,**因为 HashTable 内部的⽅法基本都经过 synchronized 修饰。（如果你要保证线程安全的话就使⽤ConcurrentHashMap 吧！）；
2. 效率： 因为线程安全的问题， HashMap 要⽐ HashTable 效率⾼
3. 对 Null key 和 Null value 的⽀持： **HashMap 允许有 null 键和 null 值；**HashTable 不允许有 null 键和 null 值，否则会抛出NullPointerException 。
4. 初始容量⼤⼩和每次扩充容量⼤⼩的不同 ： ① 创建时如果不指定容量初始值， Hashtable默认的初始⼤⼩为 11，之后每次扩充，容量变为原来的 2n+1。 HashMap 默认的初始化⼤⼩为 16。之后每次扩充，容量变为原来的 2 倍。② 创建时如果给定了容量初始值，那么Hashtable 会直接使⽤你给定的⼤⼩，⽽ HashMap 会将其扩充为 2 的幂次⽅⼤⼩
5. 底层数据结构： JDK1.8 以后的 HashMap 在解决哈希冲突时有了较⼤的变化，当链表⻓度⼤于阈值（默认为 8）（将链表转换成红⿊树前会判断，如果当前数组的⻓度⼩于 64，那么会选择先进⾏数组扩容，⽽不是转换为红⿊树）时，将链表转化为红⿊树，以减少搜索时间。Hashtable 没有这样的机制
6. 是否有 contains 方法：HashMap 没有 contains 方法；Hashtable 包含 contains 方法，类似于 containsValue。
7. 父类不同：HashMap 继承自 AbstractMap；Hashtable 继承自 Dictionary。

HashMap和HashSet区别

如果你看过 HashSet 源码的话就应该知道： HashSet 底层就是基于 HashMap 实现的。