Java面试题：HashMap基本原理

Posted 2021-04-24 会写代码的鱼

描述一下HashMap数据结构

HashMap采用了Hash数组加链表的数据结构。首先通过key计算出对应的Hash值，然后定位到Hash数组中的位置，如果出现Hash冲突（不同的key可能计算出相同的Hash值），则使用链表把这些具有相同Hash值的元素串起来，后加入的数据存放在链表的头部。如果单个链表上的元素大于8个的化，还会使用红黑树来代替单向链表。

数据结构如下图：

HashMap数据结构

关键点：

• HASH数组。

• 链表存放HASH冲突的元素。

• 链表长度大于8使用红黑树进行优化。

• 为了快速计算出具体HASH对应到元素中的位置，使用(n - 1) & hash计算。

• 数组长度必须是2的x次方，HashMap内部会强制保证这一点。

HashMap为什么需要扩容，在什么情况下会进行扩容。

默认情况下，HashMap的Hash数组的长度为16，理论上每一个链表可以无限长，也就是说理论上可以不需要进行扩容就能够存放任意多的数据（内存允许的化），如果真的是这样，那当数据量上去以后查询一个数据将会是一种灾难。

我们来看一下HashMap中查询数据的过程：

1、通过Hash定位到数组的具体位置，

2、遍历列表然后比对key值，key相同的就是要查找的元素。如果Hash数组的长度一定，则随着map中的数据增加链表的长度会越来越长，遍历的效率也就越来越低。通过扩容Hash数组则可以有效的降低链表的长度，以提高HashMap的效率。

那么HashMap是如何决定需要扩容的呢？

在HashMap中存在一个扩容阈值：loadFactor，默认情况下为0.75。当Map中的数据个数大于Hash数组长度乘以loadFactor的时候就会进行扩容。

HashMap扩容过程，假设扩容前的数组长度为n：

1、计算新的数组长度，一般为原来长度的两倍（使用右移一位来完成）。

2、重新计算每一个元素的位置。对于第j个槽的元素，（hash & n) == 0还是存放在第j个槽的位置，（hash & n) == 1则放在（n+j）个槽的位置，具体原因大家可以自己分析一下（这是一个非常巧妙的计算）。