HashMap常见面试题

谈一下HashMap的特性？

1. HashMap以键值对的方式存储，允许null键和null值。
2. 非线程安全
3. 底层由hash表实现，无序

谈一下HashMap的底层实现？ 

jdk1.8之前采用数组+链表实现，jdk1.8及之后采用数组+链表+红黑树，我们通过put或get进行键值对的添加或获取，当我们添加键值对时首先判断数组是否被初始化，如果没有则进行初始化操作默认数组大小为16，数组初始化完毕后，通过key进行哈希运算获取到key对应数组（桶）的下标，获取到下标对应数组的元素后，如果为空直接添加键值对，否则判断是链表还是红黑树，若是红黑树直接添加，若是链表则需要判断链表长度：链表长度大于8且数组元素小于64则进行扩容、链表长度大于8且数组元素大于64则将链表转换为红黑树，以上操作完成后判断数组元素是否超过阈值，是则进行扩容。

链表或是红黑树在结构中主要用来解决哈希冲突的

谈一下HashMap什么时候需要扩容？扩容是怎么实现的？ 

1. 初始化数组时
2. 数组长度达到阈值时，initialCapacity*loadFactor
3. 当链条元素大于8且数组元素小于64时，这时不转换成红黑树而是进行扩容

实现：扩容需要分配一个新数组，新数组是原数组的2倍，遍历老数组把数据hash到新数组中

谈一下HashMap中哈希函数是怎么实现的？ 

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

static int indexFor(int h, int length) {
    return h & (length-1);
}

首先根据key的hashcode进行右位移运算（>>>）获取hashcode的高16位数，之后再与hashcode本身做异或（^）操作，获取的值降低了冲突的可能性。该函数也被叫做：扰动函数，说白了就是将hashcode的高16位与低16位进行混合，替换掉hashcode的低16位。

获取到散列值后需要和数组长度做取模操作，HashMap中通过做与操作（&）完成，这也是为什么要求数组容量必须是2的幂次了，只有2的幂次取与操作才相当于取模操作。

 谈一下为什么不直接将key作为哈希值而是与高16位做异或运算？

桶位的确定是通过散列值和数组长度做与（&）操作确定的，实际只使用了散列值的低位（由数组长度确定），如果直接使用哈希值其发生冲突的可能性增加，而HashMap中通过与高16位做异或操作将低位与高位进行混合，这样增加了散列值的随机性，降低了hash冲突的可能性。

谈一下为什么桶必须是2的幂次？如果输入值不是2的幂次比如10会怎么样？

 总的来说是为了使数据均匀的分部在数组的各个位置上，从算法上来说桶位的确定是散列值和数组长度做与运算（&）只有桶的个数是2的幂次才能使散列均匀

如果初始化桶容量时，输入的值不是2的幂次，会使用大于输入值的最小2的幂次

谈一下当两个对象的hash冲突时会怎么样？

 通过链表或红黑树解决

谈一下HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量会做什么操作？

元素个数大于阈值后进行扩容操作，新的容量是原容量的2倍

负载因子：指HashMap容器满的程度，默认是0.75，意思是说当元素个数达到总容量的0.75时进行扩容，有利于降低hash冲突

谈一下HashMap为什么要引入红黑树？ 

假设有大量的数据发生冲突，如果是链表，遍历链表时的时间复杂的是O(n)，失去了快速查询的优势，而红黑树的时间复杂度是O(logn)