HashMap源码解析：底层数据结构，性能优化及常见面试题

HashMap源码，看我这篇就够了

1. HashMap底层数据结构

HashMap底层使用数组和链表（或红黑树）来存储键值对。数组称为哈希桶，每个哈希桶存储一个链表或红黑树。当将键值对插入HashMap时，会根据键的哈希值计算出哈希桶的索引，然后将键值对存储到该哈希桶对应的链表或红黑树中。

为了提高查询效率，HashMap在初始化时会设置一个初始容量。当哈希桶中的元素数量超过负载因子（默认值为0.75）时，HashMap会自动扩容，以避免哈希碰撞造成的性能下降。

2. HashMap性能优化

HashMap的性能优化主要集中在减少哈希碰撞和提高查询效率两个方面。

2.1 减少哈希碰撞

哈希碰撞是指不同的键哈希值相同，导致它们被存储在同一个哈希桶中。哈希碰撞会导致链表或红黑树中的元素数量增多，从而降低查询效率。

为了减少哈希碰撞，HashMap采用了以下几种策略：

• 使用良好的哈希函数。哈希函数是将键映射到哈希值的一种函数。一个好的哈希函数应该能够将不同的键映射到不同的哈希值，从而减少哈希碰撞。
• 使用合适的初始容量。HashMap在初始化时会设置一个初始容量。如果初始容量设置过小，会导致哈希碰撞的概率增加。如果初始容量设置过大，会导致空间浪费。
• 使用负载因子。负载因子是哈希桶中元素数量与哈希桶容量的比值。当负载因子超过一定阈值时，HashMap会自动扩容，以避免哈希碰撞造成的性能下降。

2.2 提高查询效率

HashMap的查询效率主要取决于哈希桶中元素的数量。哈希桶中的元素数量越多，查询效率越低。

为了提高查询效率，HashMap采用了以下几种策略：

• 使用链表或红黑树存储键值对。链表是一种线性数据结构，查询效率较低。红黑树是一种平衡二叉树，查询效率较高。当哈希桶中的元素数量较少时，使用链表存储键值对。当哈希桶中的元素数量较多时，使用红黑树存储键值对。
• 使用哈希索引。哈希索引是一种数据结构，可以快速查找键值对。哈希索引将键值对存储在一个数组中，并使用哈希函数将键映射到数组的索引。当查询一个键时，可以直接通过哈希函数计算出该键在数组中的索引，然后直接访问该索引处的键值对。

3. HashMap常见面试题

3.1 HashMap的底层数据结构是什么？

HashMap的底层数据结构是数组和链表（或红黑树）。数组称为哈希桶，每个哈希桶存储一个链表或红黑树。当将键值对插入HashMap时，会根据键的哈希值计算出哈希桶的索引，然后将键值对存储到该哈希桶对应的链表或红黑树中。

3.2 HashMap的性能优化策略有哪些？

HashMap的性能优化策略主要集中在减少哈希碰撞和提高查询效率两个方面。

为了减少哈希碰撞，HashMap采用了以下几种策略：

• 使用良好的哈希函数。
• 使用合适的初始容量。
• 使用负载因子。

为了提高查询效率，HashMap采用了以下几种策略：

• 使用链表或红黑树存储键值对。
• 使用哈希索引。

3.3 HashMap和HashTable的区别是什么？

HashMap和HashTable都是Java中常用的Map接口的实现类，但它们之间存在一些区别：

• HashMap是非线程安全的，而HashTable是线程安全的。
• HashMap允许键和值都为null，而HashTable不允许键和值都为null。
• HashMap的性能通常优于HashTable。

4. 总结

HashMap是Java中常用的数据结构，具有快速查询和插入的特性。HashMap的底层数据结构是数组和链表（或红黑树），性能优化策略主要集中在减少哈希碰撞和提高查询效率两个方面。HashMap和HashTable都是Java中常用的Map接口的实现类，但它们之间存在一些区别。