HashMap常见面试题

1、HashMap的node

HashMap类有一个非常重要的属性Node是HashMap的一个内部类，实现了Entry接口。本质上是一个映射。如下图：

static class Node implements Map.Entry {
        final int hash; //key的hash值
        final K key; //与你put进去的key一样
        V value; //与你put进去的value一样
        Node next;//存放下一个节点
}

2、HashMap里面的返回值为什么不是key.hashCode()的返回值，而是key.hashCode()^(key.hashCode()>>>16)的返回值呢？

这样做的目的是为了减少hash的冲突概率，计算出hash值h只会，对h和h无符号右移16位做异或运算。实质上就是将底的16为与高的16位异或运算，这样参加计算后，能够减少hash冲突。

为什么要设计成高低16位异或呢？

因为 key.hashCode()函数调用的是 key 键值类型自带的哈希函数，返回 int 型散列值。int 值范围为很大，前后加起来大概 40 亿的映射空间。只要哈希函数映射得比较均匀松散，一般应用是很难出现碰撞的。但问题是一个 40 亿长度的数组，内存是放不下的。你想，如果 HashMap 数组的初始大小才 16，用之前需要对数组的长度取模运算，得到的余数才能用来访问数组下标。异或运算还比取模快。

结果显示，当 HashMap 数组长度为 512 的时候（2929），也就是用掩码取低 9 位的时候，在没有扰动函数的情况下，发生了 103 次碰撞，接近 30%。而在使用了扰动函数之后只有 92 次碰撞。碰撞减少了将近 10%。看来扰动函数确实还是有功效的。

3、为什么HashMap要用数组+链表+红黑树实现？

使用数组的原因是因为数组获得元素的时间复杂度为o（1），链表是为了当发生hash冲突时，可以继续存放元素，红黑树是为了在极端情况下二叉树的不平衡。当数组长度大于64且链表长度大于8的时候，链表才会转红黑树。链表长度大于8，数据查找效率变慢，还有一个原因是链表长度大于8发生的概率很小。一开始不适用红黑树是因为红黑树左旋，右旋维护成本太高。

根据jdk代码能够发现，链表长度（也是发生hash碰撞的概率）概率如下图： 

4、HashMap的put方法的大致实现流程

5、HashMap中数组大小为什么要是2的幂次方

因为只有当n为2的幂次方时，才满足hash%n=(n-1)&hash。按位&运算要比%取模快很多倍，十几倍。能保证索引值在范围中，不会超过数组长度。就算你给个长度为11，hashmap内部也会强制转换成你跟你给的值最接近，而且满足等于2的n次幂。

6、HashMap如何计算下标的=

 HashMap中数组下标值的计算过程，大致分为如下几步：获取key.hashCode()，然后将hashCode高16位和低16位异或（^）操作，然后与当前数组长度-1结果进行与（&）操作，最终结果就是数组的下标值。
至于由于当前结点（键值对）的加入，导致当前HashMap中容量超过了阈值而扩容2倍，扩容后导致每个结点重新计算下标值（称为新下标值），新下标值只有两种可能：一、key的hash()返回值新加入与（&）操作计算的一位为0，则下标值与原下标值相同。二、key的hash()返回值新加入与（&）操作计算的一位为1，则计算出来的下标值=原下标值+原数组长度。如果key对象为Integer，他的hashCode()直接返回的value。

7、JDK1.8下的HashMap是如何解决线程安全问题的？

在多线程环境下，1.7 会产生死循环、数据丢失、数据覆盖的问题，1.8 中会有数据覆盖的问题，以 1.8 为例，当 A 线程判断 index 位置为空后正好挂起，B 线程开始往 index 位置的写入节点数据，这时 A 线程恢复现场，执行赋值操作，就把 A 线程的数据给覆盖了；还有++size 这个地方也会造成多线程同时扩容等问题。

通过扰动函数加高低位异或。

8、Java 中有 HashTable、Collections.synchronizedMap、以及 ConcurrentHashMap 可以实现线程安全的 Map。

HashTable 是直接在操作方法上加 synchronized 关键字，锁住整个数组，粒度比较大，Collections.synchronizedMap 是使用 Collections 集合工具的内部类，通过传入 Map 封装出一个 SynchronizedMap 对象，内部定义了一个对象锁，方法内通过对象锁实现；ConcurrentHashMap 使用分段锁，降低了锁粒度，让并发度大大提高。

9、那你知道 ConcurrentHashMap 的分段锁的实现原理吗？

ConcurrentHashMap 成员变量使用 volatile 修饰，免除了指令重排序，同时保证内存可见性，另外使用 CAS 操作和 synchronized 结合实现赋值操作，多线程操作只会锁住当前操作索引的节点。

如下图，线程 A 锁住 A 节点所在链表，线程 B 锁住 B 节点所在链表，操作互不干涉。

10、你前面提到链表转红黑树是链表长度达到阈值，这个阈值是多少？

阈值是 8，红黑树转链表阈值为 6

11、为什么是 8，不是 16，32 甚至是 7 ？又为什么红黑树转链表的阈值是 6，不是 8 了呢？

因为经过计算，在 hash 函数设计合理的情况下，发生 hash 碰撞 8 次的几率为百万分之 6，概率说话。。因为 8 够用了，至于为什么转回来是 6，因为如果 hash 碰撞次数在 8 附近徘徊，会一直发生链表和红黑树的转化，为了预防这种情况的发生。

12、有序的map

LinkedHashMap 内部维护了一个单链表，有头尾节点，同时 LinkedHashMap 节点 Entry 内部除了继承 HashMap 的 Node 属性，还有 before 和 after 用于标识前置节点和后置节点。可以实现按插入的顺序或访问顺序排序。

13、LinkedHashMap 和 TreeMap

TreeMap 是按照 Key 的自然顺序或者 Comprator 的顺序进行排序，内部是通过红黑树来实现。所以要么 key 所属的类实现 Comparable 接口，或者自定义一个实现了 Comparator 接口的比较器，传给 TreeMap 用户 key 的比较。

14、JDK1.7的HashMap的rehash底层如何实现的？ 15、HashMap中的modcount表示什么意思？

部分内容参考了牧云君博客文章

hashmap头插法和尾插法区别_一个跟面试官扯皮半个小时的HashMap_牧云君的博客-CSDN博客