关于HashMap与某面试官的探讨

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前言

HashMap应该算是Java后端工程师面试的必问题，因为其中的知识点太多，很适合用来考察面试者的Java基础。

开场

面试官: 你先自我介绍一下吧！

安琪拉: 我是安琪拉，草丛三婊之一，最强中单（钟馗不服）！哦，不对，串场了，我是**，目前在–公司做–系统开发。

面试官: 看你简历上写熟悉Java集合，HashMap用过的吧？

安琪拉: 用过的。(还是熟悉的味道)

面试官: 那你跟我讲讲HashMap的内部数据结构？

安琪拉: 目前我用的是JDK1.8版本的，内部使用数组 + 链表红黑树；

安琪拉: 方便我给您画个数据结构图吧：

面试官: 那你清楚HashMap的数据插入原理吗？

安琪拉: 呃[做沉思状]。我觉得还是应该画个图比较清楚，如下：

1. 判断数组是否为空，为空进行初始化;
2. 不为空，计算 k 的 hash 值，通过(n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标 index;
3. 查看 table[index] 是否存在数据，没有数据就构造一个Node节点存放在 table[index] 中；
4. 存在数据，说明发生了hash冲突(存在二个节点key的hash值一样), 继续判断key是否相等，相等，用新的value替换原数据(onlyIfAbsent为false)；
5. 如果不相等，判断当前节点类型是不是树型节点，如果是树型节点，创造树型节点插入红黑树中；(如果当前节点是树型节点证明当前已经是红黑树了)
6. 如果不是树型节点，创建普通Node加入链表中；判断链表长度是否大于 8并且数组长度大于64， 大于的话链表转换为红黑树；
7. 插入完成之后判断当前节点数是否大于阈值，如果大于开始扩容为原数组的二倍。

面试官: 陷入沉默，讲的这么清楚，难道是也关注了微信公众号【安琪拉的博客】，我继续按照套路问，刚才你提到HashMap的初始化，那HashMap怎么设定初始容量大小的吗？

安琪拉: [这也算问题？?] 一般如果new HashMap() 不传值，默认大小是16，负载因子是0.75， 如果自己传入初始大小k，初始化大小为 大于k的 2的整数次方，例如如果传10，大小为16。（补充说明:实现代码如下）

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;
}

补充说明：下图是详细过程，算法就是让初始二进制右移1，2，4，8，16位，分别与自己位或，把高位第一个为1的数通过不断右移，把高位为1的后面全变为1，最后再进行+1操作，111111 + 1 = 1000000 = $2^6$ （符合大于50并且是2的整数次幂 ）

面试官: 你提到hash函数，你知道HashMap的哈希函数怎么设计的吗？

安琪拉: [问的还挺细] hash函数是先拿到 key 的hashcode，是一个32位的int值，然后让hashcode的高16位和低16位进行异或操作。

面试官: 那你知道为什么这么设计吗？

安琪拉: [这也要问]，这个也叫扰动函数，这么设计有二点原因：

1. 一定要尽可能降低hash碰撞，越分散越好；
2. 算法一定要尽可能高效，因为这是高频操作, 因此采用位运算；

面试官: 为什么采用hashcode的高16位和低16位异或能降低hash碰撞？hash函数能不能直接用key的hashcode？

[这问题有点刁钻], 安琪拉差点原地