HashMap的原始碼，實現原理，JDK8中對HashMap做了怎樣的優化。

ArrayList和LinkedList的優缺點——陣列的特點是：定址容易，插入和刪除困難；而連結串列的特點是：定址困難，插入和刪除容易。

hashmap底層是由陣列加連結串列構成，將需要存放的元素算出hash值，在對陣列長度取餘，得到下標。因為取餘得到的值，可能相同。於是該值為下標，存放一節連結串列，該連結串列存放key，value，next

系統將呼叫”美團”這個key的hashCode()方法得到其hashCode 值（該方法適用於每個Java物件），然後再通過Hash演算法的後兩步運算（高位運算和取模運算，下文有介紹）來定位該鍵值對的儲存位置，有時兩個key會定位到相同的位置，表示發生了Hash碰撞。當然Hash演算法計算結果越分散均勻，Hash碰撞的概率就越小，map的存取效率就會越高。

如果雜湊桶陣列很大，即使較差的Hash演算法也會比較分散，如果雜湊桶陣列陣列很小，即使好的Hash演算法也會出現較多碰撞，所以就需要在空間成本和時間成本之間權衡，其實就是在根據實際情況確定雜湊桶陣列的大小，並在此基礎上設計好的hash演算法減少Hash碰撞。那麼通過什麼方式來控制map使得Hash碰撞的概率又小，雜湊桶陣列（Node[] table）佔用空間又少呢？答案就是好的Hash演算法和擴容機制。

瞭解下HashMap的幾個欄位。從HashMap的預設建構函式原始碼可知，建構函式就是對下面幾個欄位進行初始化

int threshold;             // 所能容納的key-value對極限 
final float loadFactor;    // 負載因子
int modCount;  
int size;
 

首先，Node[] table的初始化長度length(預設值是16)，Load factor為負載因子(預設值是0.75)，threshold是HashMap所能容納的最大資料量的Node(鍵值對)個數。threshold = length * Load factor。也就是說，在陣列定義好長度之後，負載因子越大，所能容納的鍵值對個數越多。

結合負載因子的定義公式可知，threshold就是在此Load factor和length(陣列長度)對應下允許的最大元素數目，超過這個數目就重新resize(擴容)，擴容後的HashMap容量是之前容量的兩倍。預設的負載因子0.75是對空間和時間效率的一個平衡選擇，建議大家不要修改，除非在時間和空間比較特殊的情況下，如果記憶體空間很多而又對時間效率要求很高，可以降低負載因子Load factor的值

size這個欄位其實很好理解，就是HashMap中實際存在的鍵值對數量。注意和table的長度length、容納最大鍵值對數量threshold的區別。而modCount欄位主要用來記錄HashMap內部結構發生變化的次數，主要用於迭代的快速失敗。強調一點，內部結構發生變化指的是結構發生變化，例如put新鍵值對，但是某個key對應的value值被覆蓋不屬於結構變化。

在HashMap中，雜湊桶陣列table的長度length大小必須為2的n次方(一定是合數)，這是一種非常規的設計，常規的設計是把桶的大小設計為素數。相對來說素數導致衝突的概率要小於合數，具體證明可以參考http://blog.csdn.net/liuqiyao_01/article/details/14475159，Hashtable初始化桶大小為11，就是桶大小設計為素數的應用（Hashtable擴容後不能保證還是素數）。HashMap採用這種非常規設計，主要是為了在取模和擴容時做優化，同時為了減少衝突，HashMap定位雜湊桶索引位置時，也加入了高位參與運算的過程。

key獲取雜湊桶陣列索引位置

方法一：
static final int hash(Object key) {   //jdk1.8 & jdk1.7
     int h;
     // h = key.hashCode() 為第一步 取hashCode值
     // h ^ (h >>> 16)  為第二步 高位參與運算
     return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
方法二：
static int indexFor(int h, int length) {  //jdk1.7的原始碼，jdk1.8沒有這個方法，但是實現原理一樣的
     return h & (length-1);  //第三步 取模運算
}

Hash演算法本質上就是三步：取key的hashCode值、高位運算、取模運算。

對於任意給定的物件，只要它的hashCode()返回值相同，那麼程式呼叫方法一所計算得到的Hash碼值總是相同的。我們首先想到的就是把hash值對陣列長度取模運算，這樣一來，元素的分佈相對來說是比較均勻的。但是，模運算的消耗還是比較大的，在HashMap中是這樣做的：呼叫方法二來計算該物件應該儲存在table陣列的哪個索引處。 

這個方法非常巧妙，它通過h & (table.length -1)來得到該物件的儲存位，而HashMap底層陣列的長度總是2的n次方，這是HashMap在速度上的優化。當length總是2的n次方時，h& (length-1)運算等價於對length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率。

在JDK1.8的實現中，優化了高位運算的演算法，通過hashCode()的高16位異或低16位實現的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度、功效、質量來考慮的，這麼做可以在陣列table的length比較小的時候，也能保證考慮到高低Bit都參與到Hash的計算中，同時不會有太大的開銷。

HashMap的put方法

①.判斷鍵值對陣列table[i]是否為空或為null，否則執行resize()進行擴容；

②.根據鍵值key計算hash值得到插入的陣列索引i，如果table[i]==null，直接新建節點新增，轉向⑥，如果table[i]不為空，轉向③；

③.判斷table[i]的首個元素是否和key一樣，如果相同直接覆蓋value，否則轉向④，這裡的相同指的是hashCode以及equals；

④.判斷table[i] 是否為treeNode，即table[i] 是否是紅黑樹，如果是紅黑樹，則直接在樹中插入鍵值對，否則轉向⑤；

⑤.遍歷table[i]，判斷連結串列長度是否大於8，大於8的話把連結串列轉換為紅黑樹，在紅黑樹中執行插入操作，否則進行連結串列的插入操作；遍歷過程中若發現key已經存在直接覆蓋value即可；

⑥.插入成功後，判斷實際存在的鍵值對數量size是否超多了最大容量threshold，如果超過，進行擴容。

連結串列會將陣列某個節點上多出的元素按照尾插法(jdk1.7及以前為頭插法)的方式新增。

經過觀測可以發現，我們使用的是2次冪的擴充套件(指長度擴為原來2倍)，所以，元素的位置要麼是在原位置，要麼是在原位置再移動2次冪的位置。

我們在擴充HashMap的時候，不需要像JDK1.7的實現那樣重新計算hash，只需要看看原來的hash值新增的那個bit是1還是0就好了，是0的話索引沒變，是1的話索引變成“原索引+oldCap”，

優化：

一旦出現拉鍊過長，引入了紅黑樹。而當連結串列長度太長（預設超過8）時，連結串列就轉換為紅黑樹 利用紅黑樹快速增刪改查的特點提高HashMap的效能

1.引入紅黑樹  2.優化了高位運算的演算法 計算hash值  3.擴容時，不需要重新計算hash

小結

(1) 擴容是一個特別耗效能的操作，所以當程式設計師在使用HashMap的時候，估算map的大小，初始化的時候給一個大致的數值，避免map進行頻繁的擴容。

(2) 負載因子是可以修改的，也可以大於1，但是建議不要輕易修改，除非情況非常特殊。

(3) HashMap是執行緒不安全的，不要在併發的環境中同時操作HashMap，建議使用ConcurrentHashMap。

(4) JDK1.8引入紅黑樹大程度優化了HashMap的效能。

HashMap，HashTable，ConcurrentHashMap的區別

HashTable 底層陣列+連結串列實現，無論key還是value都不能為null，執行緒安全，實現執行緒安全的方式是在修改資料時鎖住整個HashTable，效率低，ConcurrentHashMap做了相關優化 初始size為11，擴容：newsize = olesize*2+1 計算index的方法：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length HashMap 底層陣列+連結串列實現，可以儲存null鍵和null值，執行緒不安全 初始size為16，擴容：newsize = oldsize*2，size一定為2的n次冪 擴容針對整個Map，每次擴容時，原來陣列中的元素依次重新計算存放位置，並重新插入 插入元素後才判斷該不該擴容，有可能無效擴容（插入後如果擴容，如果沒有再次插入，就會產生無效擴容） 當Map中元素總數超過Entry陣列的75%，觸發擴容操作，為了減少連結串列長度，元素分配更均勻 計算index方法：index = hash & (tab.length – 1)

ConcurrentHashMap 底層採用分段的陣列+連結串列實現，執行緒安全 通過把整個Map分為N個Segment，可以提供相同的執行緒安全，但是效率提升N倍，預設提升16倍。(讀操作不加鎖，由於HashEntry的value變數是 volatile的，也能保證讀取到最新的值。) Hashtable的synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓執行緒獨佔，ConcurrentHashMap允許多個修改操作併發進行，其關鍵在於使用了鎖分離技術 有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它們可能需要鎖定整個表而而不僅僅是某個段，這需要按順序鎖定所有段，操作完畢後，又按順序釋放所有段的鎖 擴容：段內擴容（段內元素超過該段對應Entry陣列長度的75%觸發擴容，不會對整個Map進行擴容），插入前檢測需不需要擴容，有效避免無效擴容 ConcurrentHashMap預設將hash表分為16個桶，諸如get、put、remove等常用操作只鎖住當前需要用到的桶。這樣，原來只能一個執行緒進入，現在卻能同時有16個寫執行緒執行，併發效能的提升是顯而易見的。

HashMap在高併發下如果沒有處理執行緒安全會有怎樣的安全隱患，具體表現是什麼

1、多執行緒put時可能會導致get無限迴圈，具體表現為CPU使用率100%； 原因：在向HashMap put元素時，會檢查HashMap的容量是否足夠，如果不足，則會新建一個比原來容量大兩倍的Hash表，然後把陣列從老的Hash表中遷移到新的Hash表中，遷移的過程就是一個rehash()的過程，多個執行緒同時操作就有可能會形成迴圈連結串列，所以在使用get()時，就會出現Infinite Loop的情況

2多執行緒put時可能導致元素丟失 原因：當多個執行緒同時執行addEntry(hash,key ,value,i)時，如果產生雜湊碰撞，導致兩個執行緒得到同樣的bucketIndex去儲存，就可能會發生元素覆蓋丟失的情況