转载自https://github.com/crossoverJie/Java-Interview/blob/master/MD/HashMap.md

HashMap 底层分析

以下基于 JDK1.7 分析。

如图所示，HashMap 底层是基于数组和链表实现的。其中有两个重要的参数：

容量
负载因子

容量的默认大小是 16，负载因子是 0.75，当 HashMap 的 size > 16*0.75 时就会发生扩容(容量和负载因子都可以自由调整)。

put 方法

首先会将传入的 Key 做 hash 运算计算出 hashcode,然后根据数组长度取模计算出在数组中的 index 下标。

由于在计算中位运算比取模运算效率高的多，所以 HashMap 规定数组的长度为 2^n 。这样用 2^n - 1 做位运算与取模效果一致，并且效率还要高出许多。

由于数组的长度有限，所以难免会出现不同的 Key 通过运算得到的 index 相同，这种情况可以利用链表来解决，HashMap 会在 table[index]处形成环形链表，采用头插法将数据插入到链表中。

get 方法

get 和 put 类似，也是将传入的 Key 计算出 index ，如果该位置上是一个链表就需要遍历整个链表，通过 key.equals(k) 来找到对应的元素。

遍历方式

 Iterator<Map.Entry<String, Integer>> entryIterator = map.entrySet().iterator(); while (entryIterator.hasNext()) { Map.Entry<String, Integer> next = entryIterator.next(); System.out.println("key=" + next.getKey() + " value=" + next.getValue()); }

Iterator<String> iterator = map.keySet().iterator();
        while (iterator.hasNext()){ String key = iterator.next(); System.out.println("key=" + key + " value=" + map.get(key)); }

map.forEach((key,value)->{
    System.out.println("key=" + key + " value=" + value); });

强烈建议使用第一种 EntrySet 进行遍历。

第一种可以把 key value 同时取出，第二种还得需要通过 key 取一次 value，效率较低, 第三种需要 JDK1.8 以上，通过外层遍历 table，内层遍历链表或红黑树。

notice

在并发环境下使用 HashMap 容易出现死循环。

并发场景发生扩容，调用 resize() 方法里的 rehash() 时，容易出现环形链表。这样当获取一个不存在的 key 时，计算出的 index 正好是环形链表的下标时就会出现死循环。

所以 HashMap 只能在单线程中使用，并且尽量的预设容量，尽可能的减少扩容。

在 JDK1.8 中对 HashMap 进行了优化：当 hash 碰撞之后写入链表的长度超过了阈值(默认为8)，链表将会转换为红黑树。

假设 hash 冲突非常严重，一个数组后面接了很长的链表，此时重新的时间复杂度就是 O(n) 。

如果是红黑树，时间复杂度就是 O(logn) 。

大大提高了查询效率。

多线程场景下推荐使用 ConcurrentHashMap。

HashSet

HashSet 是一个不允许存储重复元素的集合，它的实现比较简单，只要理解了 HashMap，HashSet 就水到渠成了。

成员变量

首先了解下 HashSet 的成员变量:

    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map private static final Object PRESENT = new Object();

发现主要就两个变量:

map ：用于存放最终数据的。
PRESENT ：是所有写入 map 的 value 值。

构造函数

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    
    public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) { map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor); }

构造函数很简单，利用了 HashMap 初始化了 map 。

add

    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null; }

比较关键的就是这个 add() 方法。可以看出它是将存放的对象当做了 HashMap 的健，value 都是相同的 PRESENT 。由于 HashMap 的 key 是不能重复的，所以每当有重复的值写入到 HashSet 时，value 会被覆盖，但 key 不会收到影响，这样就保证了 HashSet 中只能存放不重复的元素。

总结

HashSet 的原理比较简单，几乎全部借助于 HashMap 来实现的。

所以 HashMap 会出现的问题 HashSet 依然不能避免。

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补充：

HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。

Java基础随笔3