HashMap的工作原理

先来些简单的问题

“你用过HashMap吗？”  “什么是HashMap？”   “你为什么用到它？”

几乎每个人都会回答“是的”，然后回答HashMap的一些特性，譬如HashMap可以接受null键和值，而HashTable则不能，HashMap是非synchronized，HashMap很快；以及HashMap存储的是键值对等等。这显示出你已经用过HashMap，而且对它相当的熟悉。但是面试官来个急转直下，从此刻开始问出一些刁钻的问题，关于HashMap的更多基础细节。面试官可能会问出下面的问题：

“你知道HashMap的工作原理吗?”   “你知道HashMap的get()方法的工作原理吗？”

答：“HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key,value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode()找到bucket位置来存储Entry对象。”这里关键点在于指出，HashMap实在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Entry。这一点有助于理解获取对象的逻辑，如果你没有意识到这一点，或者错误的认为仅仅只在bucket中存储值的话，你将不会回答如何从HashMap中获取对象的逻辑。

下面这个问题可能关于HashMap中的碰撞探测（collision detection）以及碰撞的解决方法：

“当两个对象的hashCode相同会发生什么”

从这里开始，真正的困惑就开始了，一些面试者可能会回答因为hashCode相同，所以两个对象是相等的，HashMap会抛出异常，或者不会存储他们。后面面试官会提醒他们有equals()和hashCode()两个方法，并告诉他们两个对象即使hashCode相同，但是他们可能并不相等，所以当hashCode相等，他们在bucket位置相同，“碰撞”会发生。因为HashMap使用LinkedList存储对象，这个Entry（包含有键值对的Map.Entry对象）会存储在LinkedList中。虽然有很多种处理碰撞的方法，但是这个方法最简单，也正是HashMap的处理方法。

“如果两个键的hashCode相同，你如何获取值对象？”

当我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashCode找到bucket位置，然后获取值对象。面试官提醒他如果有两个值对象储存在同一个bucket，它会给出答案：将会遍历LinkedList直到找到值对象。面试官会问当你没有值对象去比较，你是如何确定找到值对象的。我们前面已经直到，HashMap在LinkedList中存储的是键值对，找到buket位置后，会调用keys.equals()方法去找到LinkedList中正确的结点，最终找到要找的值对象。

许多情况下，面试者会在这个环节中出错，因为他们混淆了hashCode()和equals()方法。因此在此之前的hashCode()屡屡出现，而equals()方法仅仅在获取键值对象的时候才出现。一些优秀的开发者会指出使用不可变的、声明final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，会减少碰撞的发生，提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashCode()，这将提高整个获取对象的速度，使用String、Integer这样的wrapper类作为键是非常好的选择。

“如果HashMap的大小超过了负载因子（load factory）定义的容量，怎么办”

默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其他集合类（如ArrayList等）一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫做refreshing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

“你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗？”

在多线程的情况下，可能产生竞争（race condition）

当重新调整HashMap大小的时候，确实存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在LinkedList中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在LinkedList的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。这个时候，你可以质问面试官，为什么这么奇怪，要在多线程的环境下使用HashMap呢？

“为什么String，Integer这样的Wrapper类适合作为键？”

String，Integer这样的Wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。因为String是不可变的，也是final的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的额，因为为了要计算hashCode()，要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashCode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象了。不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过某个field声明成final就能保证hashCode是不变的，那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashCode的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就能提高HashMap的性能。

“我们可以使用自定义的对象作为键吗？”

这是前一个问题的延伸。当然你可能使用任何对象作为键，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象是不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，因为当它创建之后就已经不能改变了。

“我们可以使用ConcurrentHashMap来代替HashTable吗？”

这是一个热门问题，因为ConcurrentHashMap越来越多人用了额，我们知道HashTable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步性能更好，因为它仅仅根据同步级别对map的一部分加锁。ConcurrentHashMap当然可以代替HashTable，但是HashTable提供更强大的线程安全性。

总结

HashMap的工作原理

HashMap基于hashing原理，我们通过put()和get()方法存储和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，然后找到bucket位置来存储entry对象。当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用LinkedList来解决碰撞问题，当发送碰撞了，对象会存储在LinkedList的下一个结点中。HashMap在每个LinkedList节点中存储键值对对象。

当两个不同的键对象的hashCode相同时会发送什么？他们会存储在同一个bucket位置的LinkedList中。键对象的equals()方法用来找到键值对。