说一下 HashMap 的实现原理？

HashMap的实现原理简单来说，就是一个“数组+链表/红黑树”的结构。它通过计算键的哈希值来确定键值对在数组中的位置，如果多个键的哈希值相同（哈希冲突），就将这些键值对以链表或红黑树的形式存储在同一个数组位置。

解决方案：

HashMap的核心在于如何高效地存储和检索键值对。它使用了哈希表的数据结构，哈希表是一个数组，数组的每个元素被称为桶（bucket）。

1. 哈希函数： 当你put(key, value)时，HashMap首先会调用key的hashCode()方法计算key的哈希值。这个哈希值会被HashMap内部的哈希函数进一步处理，以确定键值对应该被放在哪个桶里。

2. 解决哈希冲突： 不同的key可能计算出相同的哈希值，这就是哈希冲突。HashMap使用链地址法来解决冲突。这意味着，如果两个key的哈希值相同，它们会被放在同一个桶里，以链表的形式存储。

   

3. 链表转红黑树： 当某个桶里的链表长度超过一定阈值（默认为8），并且HashMap的数组长度达到一定值（默认为64），这个链表会被转换成红黑树。红黑树是一种自平衡的二叉搜索树，它能保证在最坏情况下，查找、插入、删除的时间复杂度都是O(log n)，从而提高性能。

4. 扩容： 当HashMap中的键值对数量超过一个阈值（负载因子 * 数组长度），HashMap会进行扩容。扩容会创建一个新的数组，大小是原来的两倍，然后将所有键值对重新哈希到新的数组中。这是一个非常耗时的操作，所以要尽量避免频繁扩容。

5. get操作： 当你get(key)时，HashMap会再次计算key的哈希值，找到对应的桶，然后在桶里的链表或红黑树中查找对应的键值对。

为什么HashMap要用红黑树？

使用红黑树是为了提高性能。链表的查找时间复杂度是O(n)，而红黑树的查找时间复杂度是O(log n)。当链表很长时，使用红黑树可以显著提高查找效率。当然，红黑树也增加了存储空间的开销，所以只有当链表长度超过一定阈值时，才会转换成红黑树。

HashMap的负载因子是什么？为什么需要负载因子？

负载因子是HashMap的一个重要参数，它表示HashMap的填充程度。负载因子越大，HashMap的空间利用率越高，但发生哈希冲突的概率也越大，导致查找效率降低。负载因子越小，HashMap的空间利用率越低，但发生哈希冲突的概率也越小，查找效率越高。HashMap的默认负载因子是0.75，这是一个在时间和空间上权衡的结果。

HashMap是线程安全的吗？如果不是，如何实现线程安全的HashMap？

HashMap不是线程安全的。在多线程环境下，多个线程同时修改HashMap可能会导致数据不一致甚至死循环。

要实现线程安全的HashMap，有几种方法：

• 使用Collections.synchronizedMap(new HashMap(...))： 这是一个简单的方法，它会返回一个线程安全的HashMap。但是，它的性能比较差，因为所有操作都需要同步。

• 使用ConcurrentHashMap： ConcurrentHashMap是Java并发包中提供的一个线程安全的HashMap。它使用了分段锁的技术，将整个HashMap分成多个段，每个段都有自己的锁。这样，多个线程可以同时访问不同的段，从而提高并发性能。ConcurrentHashMap是推荐的线程安全的HashMap实现。

• 使用读写锁： 如果读操作远多于写操作，可以使用读写锁来提高性能。读操作可以并发执行，而写操作需要独占锁。

HashMap的key可以是null吗？value可以是null吗？

HashMap的key和value都可以是null。但是，只能有一个key为null，因为key是唯一的。如果put多个key为null的键值对，后面的会覆盖前面的。

HashMap和Hashtable的区别是什么？

HashMap和Hashtable都是哈希表的实现，但它们有一些重要的区别：

• 线程安全性： HashMap不是线程安全的，而Hashtable是线程安全的。Hashtable的所有方法都使用了synchronized关键字，保证了线程安全。

  

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• 是否允许null： HashMap允许key和value为null，而Hashtable不允许key或value为null。如果尝试put一个key或value为null的键值对到Hashtable中，会抛出NullPointerException。

• 性能： HashMap的性能比Hashtable高，因为HashMap没有使用同步机制。

• 继承关系： HashMap继承自AbstractMap，而Hashtable继承自Dictionary。

• 扩容方式： HashMap的扩容方式是创建一个新的数组，大小是原来的两倍，然后将所有键值对重新哈希到新的数组中。Hashtable的扩容方式是创建一个新的数组，大小是原来的两倍加1。

HashMap如何解决哈希冲突？还有哪些其他的解决哈希冲突的方法？

HashMap使用链地址法来解决哈希冲突。除了链地址法，还有一些其他的解决哈希冲突的方法：

• 开放地址法： 开放地址法是指，当发生哈希冲突时，就去寻找下一个空的桶，并将键值对放入该桶中。开放地址法有多种实现方式，如线性探测、二次探测、双重哈希等。

• 再哈希法： 再哈希法是指，当发生哈希冲突时，就使用另一个哈希函数再次计算哈希值，直到找到一个空的桶。

• 建立公共溢出区： 建立公共溢出区是指，将所有发生哈希冲突的键值对都放入一个公共的溢出区中。

HashMap中的hash函数是如何设计的？

HashMap的哈希函数的设计目标是尽可能地将键均匀地分布到不同的桶中，以减少哈希冲突。HashMap的哈希函数通常包括以下几个步骤：

1. 获取key的hashCode()： 首先，调用key的hashCode()方法获取key的哈希值。

2. 高位扰动： 为了减少哈希冲突，HashMap会对key的哈希值进行高位扰动。高位扰动是指将key的哈希值的高16位与低16位进行异或运算。这样做可以使哈希值的高位信息也参与到桶的索引计算中，从而减少哈希冲突。

3. 计算桶的索引： 最后，将扰动后的哈希值与数组的长度减1进行与运算，得到桶的索引。

为什么HashMap的数组长度要是2的幂次方？

HashMap的数组长度要是2的幂次方是为了方便计算桶的索引。当数组长度是2的幂次方时，可以使用位运算（与运算）来计算桶的索引，而位运算比取模运算更快。例如，如果数组长度是16，那么可以使用hash & 15来计算桶的索引，这等价于hash % 16。

HashMap的扩容机制是怎样的？

当HashMap中的键值对数量超过一个阈值（负载因子 * 数组长度）时，HashMap会进行扩容。扩容会创建一个新的数组，大小是原来的两倍，然后将所有键值对重新哈希到新的数组中。

HashMap的扩容是一个非常耗时的操作，因为它需要重新计算所有键值对的哈希值，并将它们放入新的数组中。为了减少扩容的次数，应该选择合适的负载因子。

HashMap的keySet()方法返回的是什么？

HashMap的keySet()方法返回的是一个Set集合，包含了HashMap中所有key的集合。这个Set集合是HashMap的一个视图，对Set集合的修改会反映到HashMap中，反之亦然。但是，如果在迭代Set集合的过程中修改HashMap，可能会导致ConcurrentModificationException异常。

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