前言

第一次寫部落格，水平有限可能有理解不到位或理解錯的地方。歡迎各位大神參與討論或指正。
Map在工作中的使用頻率較高，HashMap相關的問題在面試中也經常被問到。所以抽空在網上找資料對它們進行了系統的學習，作出以下幾點總結：

1. HashMap、HashTable及ConcurrentHashMap的區別。
2. HashMap的工作原理。
3. 相關面試題。

一、HashMap、HashTable及ConcurrentHashMap的區別

1. 底層實現/容納資料

• hashMap：底層陣列+連結串列實現；key和value都可為null。初始容量為16。擴容：newsize = oldsize*2，size一定為2的n次冪。
• hashTable：底層陣列+連結串列實現；key和value都不能為null。初始容量為11。擴容：newsize = olesize*2+1。
• ConcurrentHashMap：底層採用分段的陣列+連結串列實現。初始容量為16。擴容：段內擴容，不會對整個Map擴容。

2. 執行緒安全與效率

• hashMap：執行緒不安全，效率相對較高。多執行緒下擴容resize可能出現死迴圈現象。
• hashTable：執行緒安全。實現執行緒安全的方式是在修改資料時鎖住整個HashTable，效率低。（原因：synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓執行緒獨佔）
• ConcurrentHashMap： 執行緒安全。通過把整個Map分為N個Segment，可以提供相同的執行緒安全，同時使效率提升N倍，預設提升16倍。(讀操作不加鎖，由於HashEntry的value變數是 volatile的，也能保證讀取到最新的值。)

3. 迭代器（Iterator）

• hashMap：HashMap的迭代器（Iterator）是fail-fast迭代器。當其它執行緒改變了HashMap的結構（增加或者移除元素），將會丟擲ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素則不會丟擲ConcurrentModificationException異常。
• hashTable：Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。
• ConcurrentHashMap： 弱一致迭代器。

二、HashMap的工作原理

1. 底層思想
HashMap是基於hashing的原理，我們使用put(key, value)儲存物件到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取物件。從而實現對資料的讀寫。

2. 工作原理

• 鍵值對傳遞給put()方法時，呼叫鍵物件的hashCode()方法來計算hashcode；
• 通過hashcode找到bucket位置來儲存Entry（值）物件；
• 獲取物件時，通過鍵物件的equals()方法找到正確的鍵值對，然後返回值物件。
• HashMap使用連結串列來解決碰撞問題，當發生碰撞時，物件將會儲存在連結串列的下一個節點中。
• HashMap在每個連結串列節點中儲存鍵值對物件。當兩個不同的鍵物件的hashcode相同時，它們會儲存在同一個bucket位置的連結串列中，可通過鍵物件的equals()方法來找到鍵值對。如果連結串列大小超過閾值（TREEIFY_THRESHOLD,8），連結串列就會被改造為樹形結構。（原因：連結串列太長效率低）

三、相關面試題

1.當兩個物件的hashcode相同會發生什麼？

因為hashcode相同，所以它們的bucket位置相同，會發生‘碰撞’。因為HashMap使用連結串列儲存物件，這個Entry(包含有鍵值對的Map.Entry物件)會儲存在連結串列中。

2.如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值物件？

當我們呼叫get()方法，HashMap會使用鍵物件的hashcode找到bucket位置，然後獲取值物件。如果兩個值物件hashcode相同儲存在同一個bucket，會呼叫keys.equals()方法去找到連結串列中正確的節點，最終找到要找的值物件。

3.HashMap的初始值該如何計算？

HashMap的初始值根據負載因子計算。為了降低雜湊衝突的概率，預設當HashMap中的鍵值對達到陣列大小的75%時（負載因子預設0.75），即會觸發擴容。因此，如果預估容量是100，即需要設定100/0.75＝134的陣列大小。所以此時應給256最為合適。（容量給2的N次方，原因在這兒就不詳細說了，大家可以網上搜索擴充套件一下這個知識）

4.HashTable和ConcurrentHashMap都是執行緒安全的，為什麼ConcurrentHashMap效率要高？

Hashtable的synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓執行緒獨佔，ConcurrentHashMap允許多個修改操作併發進行，其關鍵在於使用了鎖分離技術。
注意：有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它們可能需要鎖定整個表而而不僅僅是某個段，這需要按順序鎖定所有段，操作完畢後，又按順序釋放所有段的鎖。

5.如何讓HashMap同步？

 Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

6.如何減少/降低Hash碰撞？

使用不可變的、宣告作final的物件，並且採用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生，提高效率。不可變性使得能夠快取不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取物件的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇。

7.如果HashMap的大小超過了負載因子(load factor)定義的容量，怎麼辦？

預設的負載因子大小為0.75，也就是說，當一個map填滿了75%的bucket時候，和其它集合類(如ArrayList等)一樣，將會建立原來HashMap大小的兩倍的bucket陣列，來重新調整map的大小，並將原來的物件放入新的bucket陣列中。這個過程叫作rehashing，因為它呼叫hash方法找到新的bucket位置。

8.重新調整HashMap大小會存在什麼問題？

多執行緒的情況下，可能產生條件競爭(race condition)。
當重新調整HashMap大小的時候，確實存在條件競爭，因為如果兩個執行緒都發現HashMap需要重新調整大小了，它們會同時試著調整大小。在調整大小的過程中，儲存在連結串列中的元素的次序會反過來，因為移動到新的bucket位置的時候，HashMap並不會將元素放在連結串列的尾部，而是放在頭部，這是為了避免尾部遍歷(tail traversing)。如果條件競爭發生了，那麼就死迴圈了。這個時候，你可以質問面試官，為什麼這麼奇怪，要在多執行緒的環境下使用HashMap呢？

9.為什麼String, Interger這樣的wrapper類適合作為鍵？

String, Interger這樣的wrapper類作為HashMap的鍵是再適合不過了，而且String最為常用。因為String是不可變的，也是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper類也有這個特點。不可變性是必要的，因為為了要計算hashCode()，就要防止鍵值改變，如果鍵值在放入時和獲取時返回不同的hashcode的話，那麼就不能從HashMap中找到你想要的物件。不可變性還有其他的優點如執行緒安全。如果你可以僅僅通過將某個field宣告成final就能保證hashCode是不變的，那麼請這麼做吧。因為獲取物件的時候要用到equals()和hashCode()方法，那麼鍵物件正確的重寫這兩個方法是非常重要的。如果兩個不相等的物件返回不同的hashcode的話，那麼碰撞的機率就會小些，這樣就能提高HashMap的效能。

**10.我們可以使用自定義的物件作為鍵嗎？ **

這是前一個問題的延伸。當然你可能使用任何物件作為鍵，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定義規則，並且當物件插入到Map中之後將不會再改變了。如果這個自定義物件時不可變的，那麼它已經滿足了作為鍵的條件，因為當它建立之後就已經不能改變了。

四、結構圖

五、尊重原創

感謝閱讀。