高手过招，招招致命
JDK1.8 中 HashMap 的底层实现，我相信大家都能说上来个 一二，底层数据结构 数组 + 链表（或红黑树） ，源码如下：
/** * 数组 */ transient Node < K ,V > [] table; /** * 链表结构 */ static class Node < K ,V > implements Map.Entry < K ,V > { final int hash; final K key; V value; Node < K ,V > next; Node(int hash, K key, V value, Node < K ,V > next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key + "=" + value; } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value ; value = newValue ; return oldValue; } public final boolean equals(Object o) { if ( o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) { Map.Entry <? , ?> e = (Map.Entry <? , ?> )o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue())) return true; } return false; } } ** * 红黑树结构 */ static final class TreeNode < K ,V > extends LinkedHashMap.Entry < K ,V > { TreeNode < K ,V > parent; // red-black tree links TreeNode < K ,V > left; TreeNode < K ,V > right; TreeNode < K ,V > prev; // needed to unlink next upon deletion boolean red; ...
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但面试往往会问的比较细，例如下面的容量问题，我们能答上来几个？
1、table 的初始化时机是什么时候，初始化的 table.length 是多少、阀值（threshold）是多少，实际能容下多少元素
2、什么时候触发扩容，扩容之后的 table.length、阀值各是多少？
3、table 的 length 为什么是 2 的 n 次幂
4、求索引的时候为什么是：h&(length-1)，而不是 h&length，更不是 h%length
5、 Map map = new HashMap(1000); 当我们存入多少个元素时会触发map的扩容；Map map1 = new HashMap(10000); 我们存入第 10001个元素时会触发 map1 扩容吗
6、为什么加载因子的默认值是 0.75，并且不推荐我们修改
由于我们平时关注的少，一旦碰上这样的 连击 + 暴击，我们往往不知所措、无从应对；接下来我们看看上面的 6 个问题，是不是真的难到无法理解 ，还是我们不够细心、在自信的自我认为
斗智斗勇，见招拆招
上述的问题，我们如何去找答案 ? 方式有很多种，用的最多的，我想应该是上网查资料、看别人的博客，但我认为最有效、准确的方式是读源码
问题 1：table 的初始化
HashMap 的构造方法有如下 4 种：
/** * 构造方法 1 * * 通过 指定的 initialCapacity 和 loadFactor 实例化一个空的 HashMap 对象 */ public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0 ) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY ; if (loadFactor < = 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); this.loadFactor = loadFactor; this.threshold = tableSizeFor (initialCapacity); } /** * 构造方法 2 * * 通过指定的 initialCapacity 和 默认的 loadFactor(0.75) 实例化一个空的 HashMap 对象 */ public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } /** * 构造方法 3 * * 通过默认的 initialCapacity 和 默认的 loadFactor(0.75) 实例化一个空的 HashMap 对象 */ public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR ; // all other fields defaulted } /** * * 构造方法 4 * 通过指定的 Map 对象实例化一个 HashMap 对象 */ public HashMap(Map <? extends K, ? extends V > m) { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR ; putMapEntries(m, false); }构造方式 4 和 构造方式 1 实际应用的不多，构造方式 2 直接调用的 1（底层实现完全一致），构造方式 2 和 构造方式 3 比较常用，而最常用的是构造方式 3；此时我们以构造方式 3 为前提来分析，而构造方式 2 我们则在问题 5 中来分析。
使用方式 1 实例化 HashMap 的时候，table 并未进行初始化，那 table 是何时进行初始化的了 ？平时我们是如何使用 HashMap 的，先实例化、然后 put、然后进行其他操作，如下：
Map < String ,Object > map = new HashMap(); map.put("name", "张三"); map.put("age", 21); // 后续操作 ...既然实例化的时候未进行 table 的初始化，那是不是在 put 的时候初始化的了，我们来确认下：
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resize() 初始化 table 或 对 table 进行双倍扩容，源码如下（注意看注释）
/** * Initializes or doubles table size. If null, allocates in * accord with initial capacity target held in field threshold. * Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the * elements from each bin must either stay at same index, or move * with a power of two offset in the new table. * * @return the table */ final Node < K ,V > [] resize() { Node < K ,V > [] oldTab = table ; // 第一次 put 的时候， table = null int oldCap = ( oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // oldCap = 0 int oldThr = threshold ; // threshold = 0 , oldThr = 0 int newCap, newThr = 0 ; if (oldCap > 0) { // 条件不满足，往下走 if (oldCap > = MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer .MAX_VALUE; return oldTab; } else if (( newCap = oldCap < < 1 ) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap > = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr < < 1 ; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr ; else { // zero initial threshold signifies using defaults 走到这里，进行默认初始化 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY ; // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 < < 4 4 = 16 , newCap = 16 ; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); // newThr = 0 .75 * 16 = 12 ; } if ( newThr == 0) { // 条件不满足 float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr ; // threshold = 12 ; 重置阀值为12 @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node < K ,V > [] newTab = (Node < K ,V > [])new Node[newCap]; // 初始化 newTab, length = 16 ; table = newTab ; // table 初始化完成, length = 16 ; if (oldTab != null) { // 此时条件不满足，后续扩容的时候，走此if分支 将数组元素复制到新数组 for (int j = 0 ; j < oldCap ; ++j) { Node < K ,V > e; if (( e = oldTab [j]) != null) { oldTab[j] = null; if ( e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode < K ,V > )e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node < K ,V > loHead = null , loTail = null ; Node < K ,V > hiHead = null , hiTail = null ; Node < K ,V > next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if ( loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e ; } else { if ( hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e ; } } while (( e = next ) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null ; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null ; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; // 新数组 }自此，问题 1 的答案就明了了。
table 的初始化时机是什么时候
一般情况下，在第一次 put 的时候，调用 resize 方法进行 table 的初始化（懒初始化，懒加载思想在很多框架中都有应用！）
初始化的 table.length 是多少、阀值（threshold）是多少，实际能容下多少元素：
默认情况下，table.length = 16; 指定了 initialCapacity 的情况放到问题 5 中分析 默认情况下，threshold = 12; 指定了 initialCapacity 的情况放到问题 5 中分析 默认情况下，能存放 12 个元素，当存放第 13 个元素后进行扩容问题 2 ：table 的扩容
putVal 源码如下：
/** * Implements Map.put and related methods * * @param hash hash for key * @param key the key * @param value the value to put * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value * @param evict if false, the table is in creation mode. * @return previous value, or null if none */ final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node < K ,V > [] tab; Node < K ,V > p; int n, i; if (( tab = table ) == null || ( n = tab .length) == 0) n = ( tab = resize ()).length; if (( p = tab [ i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node < K ,V > e; K k; if ( p.hash == hash && (( k = p .key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p ; else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode < K ,V > )p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { for (int binCount = 0 ; ; ++binCount) { if (( e = p .next) == null) { p.next = newNode (hash, key, value, null); if (binCount > = TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } if ( e.hash == hash && (( k = e .key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e ; } } if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) // 当size（已存放元素个数） > thrshold（阀值），进行扩容 resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }还是调用 resize() 进行扩容，但与初始化时不同（注意看注释）
/** * Initializes or doubles table size. If null, allocates in * accord with initial capacity target held in field threshold. * Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the * elements from each bin must either stay at same index, or move * with a power of two offset in the new table. * * @return the table */ final Node < K ,V > [] resize() { Node < K ,V > [] oldTab = table ; // 此时的 table != null，oldTab 指向旧的 table int oldCap = ( oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; // oldCap = table .length; 第一次扩容时是 16 int oldThr = threshold ; // threshold = 12 , oldThr = 12 ; int newCap, newThr = 0 ; if (oldCap > 0) { // 条件满足，走此分支 if (oldCap > = MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer .MAX_VALUE; return oldTab; } else if (( newCap = oldCap < < 1 ) < MAXIMUM_CAPACITY && // oldCap左移一位; newCap = 16 < < 1 1 = 32 ; oldCap > = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr < < 1 ; // double threshold // newThr = 12 < < 1 1 = 24 ; } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr ; else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY ; // DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 < < 4 4 = 16 , newCap = 16 ; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if ( newThr == 0) { // 条件不满足 float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr ; // threshold = newThr = 24; 重置阀值为 24 @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node < K ,V > [] newTab = (Node < K ,V > [])new Node[newCap]; // 初始化 newTab, length = 32 ; table = newTab ; // table 指向 newTab, length = 32 ; if (oldTab != null) { // 扩容后，将 oldTab(旧table) 中的元素移到 newTab（新table）中 for (int j = 0 ; j < oldCap ; ++j) { Node < K ,V > e; if (( e = oldTab [j]) != null) { oldTab[j] = null; if ( e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; // else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode < K ,V > )e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node < K ,V > loHead = null , loTail = null ; Node < K ,V > hiHead = null , hiTail = null ; Node < K ,V > next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if ( loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e ; } else { if ( hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e ; } } while (( e = next ) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null ; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null ; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }自此，问题 2 的答案也就清晰了
什么时候触发扩容，扩容之后的 table.length、阀值各是多少
当 size > threshold 的时候进行扩容 扩容之后的 table.length = 旧 table.length * 2, 扩容之后的 threshold = 旧 threshold * 2问题 3、4 ：2 的 n 次幂
table 是一个数组，那么如何最快的将元素 e 放入数组 ？当然是找到元素 e 在 table 中对应的位置 index ，然后 table[index] = e; 就好了；如何找到 e 在 table 中的位置了 ？
我们知道只能通过数组下标（索引）操作数组，而数组的下标类型又是 int ，如果 e 是 int 类型，那好说，就直接用 e 来做数组下标（若 e > table.length，则可以 e % table.length 来获取下标），可 key - value 中的 key 类型不一定，所以我们需要一种统一的方式将 key 转换成 int ，最好是一个 key 对应一个唯一的 int (目前还不可能, int有范围限制，对转换方法要求也极高)，所以引入了 hash 方法
static final int hash(Object key) { int h; return ( key == null) ? 0 : ( h = key .hashCode()) ^ (h > > > 16); // 这里的处理，有兴趣的可以琢磨下；能够减少碰撞 }实现 key 到 int 的转换（关于 hash，本文不展开讨论）。拿到了 key 对应的 int h 之后，我们最容易想到的对 value 的 put 和 get 操作也许如下
// put table[h % table.length] = value; // get e = table [h % table.length];直接取模是我们最容易想到的获取下标的方法，但是最高效的方法吗 ？
我们知道计算机中的四则运算最终都会转换成二进制的位运算
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我们可以发现，只有 & 数是1时，& 运算的结果与被 & 数一致
1& 1 1 =1; 0& 1 = 0 ; 1& 0 0 =0; 0& 0 0 =0;这同样适用于多位操作数
1010& 1111 = 1010 ; = > 10& 15 = 10 ; 1011& 1111 = 1011 ; = > 11& 15 = 11 ; 01010& 10000 = 00000 ; = > 10& 16 = 0 ; 01011& 10000 = 00000 ; = > 11& 16 = 0 ;我们是不是又有所发现：10 & 16 与 11 & 16 得到的结果一样，也就是冲突（碰撞）了，那么 10 和 11 对应的 value 会在同一个链表中，而 table 的有些位置则永远不会有元素，这就导致 table 的空间未得到充分利用，同时还降低了 put 和 get 的效率（对比数组和链表）；由于是 2 个数进行 & 运算，所以结果由这两个数决定，如果我们把这两个数都做下限制，那得到的结果是不是可控制在我们想要的范围内了 ？
我们需要利用好 & 运算的特点，当右边的数的低位二进制是连续的 1 ，且左边是一个均匀的数（需要 hash 方法实现，尽量保证 key 的 h 唯一），那么得到的结果就比较完美了。低位二进制连续的 1，我们很容易想到 2^n - 1; 而关于左边均匀的数，则通过 hash 方法来实现，这里不做细究了。更多面试题，欢迎关注 公众号Java面试题精选
自此，2 的 n 次幂的相关问题就清楚了
table 的 length 为什么是 2 的 n 次幂
为了利用位运算 & 求 key 的下标
求索引的时候为什么是：h&(length-1)，而不是 h&length，更不是 h%length
h%length 效率不如位运算快 h&length 会提高碰撞几率，导致 table 的空间得不到更充分的利用、降低 table 的操作效率给各位留个疑问：为什么不直接用 2^n-1 作为 table.length ？欢迎评论区留言
问题 5：指定 initialCapacity
当我们指定了 initialCapacity，HashMap的构造方法有些许不同，如下所示：
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调用 tableSizeFor 进行 threshold 的初始化
/** * Returns a power of two size for the given target capacity. * 返回 > = cap 最小的 2^n * cap = 10 , 则返回 2^ 4 = 16 ; * cap = 5 , 则返回 2^ 3 = 8 ; */ static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n > > > 1; n |= n > > > 2; n |= n > > > 4; n |= n > > > 8; n |= n > > > 16; return (n < 0 ) ? 1 : (n > = MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1; }虽然此处初始化的是 threshold，但后面初始化 table 的时候，会将其用于 table 的 length，同时会重置 threshold 为 table.length * loadFactor
自此，问题 5 也就清楚了
Map map = new HashMap(1000); 当我们存入多少个元素时会触发map的扩容
此时的 table.length = 2^10 = 1024; threshold = 1024 * 0.75 = 768; 所以存入第 769 个元素时进行扩容
Map map1 = new HashMap(10000); 我们存入第 10001个元素时会触发 map1 扩容吗
此时的 table.length = 2^14 = 16384; threshold = 16384 * 0.75 = 12288; 所以存入第 10001 个元素时不会进行扩容
问题6：加载因子
为什么加载因子的默认值是 0.75，并且不推荐我们修改
如果loadFactor太小，那么map中的table需要不断的扩容，扩容是个耗时的过程 如果loadFactor太大，那么map中table放满了也不不会扩容，导致冲突越来越多，解决冲突而起的链表越来越长，效率越来越低 而 0.75 这是一个折中的值，是一个比较理想的值总 结
1、table.length = 2^n，是为了能利用位运算（&）来求 key 的下标，而 h&(length-1) 是为了充分利用 table 的空间，并减少 key 的碰撞
2、加载因子太小， table 需要不断的扩容，影响 put 效率；太大会导致碰撞越来越多，链表越来越长（转红黑树），影响效率；0.75 是一个比较理想的中间值
3、table.length = 2^n、hash 方法获取 key 的 h、加载因子 0.75、数组 + 链表（或红黑树），一环扣一环，保证了 key 在 table 中的均匀分配，充分利用了空间，也保证了操作效率，环环相扣的，而不是心血来潮的随意处理；缺了一环，其他的环就无意义了！
4、网上有个 put 方法的流程图画的挺好，我就偷懒了
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原文地址：https://mp.weixin.qq测试数据/s/XtaN8Mg80L8fpF3WQGv2fw
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