HashMap的工作原理是近年來常見的Java面試題。幾乎每個Java程序員都知道HashMap，都知道哪裡要用HashMap，知道Hashtable和HashMap之間的區別，那麼為何這道面試題如此特殊呢？是因為這道題考察的深度很深。這題經常出現在高級或中高級面試中。投資銀行更喜歡問這個問題，甚至會要求你實現HashMap來考察你的編程能力。ConcurrentHashMap和其它同步集合的引入讓這道題變得更加復雜。讓我們開始探索的旅程吧！
“你用過HashMap嗎？” “什麼是HashMap？你為什麼用到它？”
幾乎每個人都會回答“是的”，然後回答HashMap的一些特性，譬如HashMap可以接受null鍵值和值，而Hashtable則不能；HashMap是非synchronized;HashMap很快；以及HashMap儲存的是鍵值對等等。這顯示出你已經用過HashMap，而且對它相當的熟悉。但是面試官來個急轉直下，從此刻開始問出一些刁鑽的問題，關於HashMap的更多基礎的細節。面試官可能會問出下面的問題：
“你知道HashMap的工作原理嗎？” “你知道HashMap的get()方法的工作原理嗎？”
你也許會回答“我沒有詳查標准的Java API，你可以看看Java源代碼或者Open JDK。”“我可以用Google找到答案。”
但一些面試者可能可以給出答案，“HashMap是基於hashing的原理，我們使用put(key, value)存儲對象到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取對象。當我們給put()方法傳遞鍵和值時，我們先對鍵調用hashCode()方法，返回的hashCode用於找到bucket位置來儲存Entry對象。”這裡關鍵點在於指出，HashMap是在bucket中儲存鍵對象和值對象，作為Map.Entry。這一點有助於理解獲取對象的邏輯。如果你沒有意識到這一點，或者錯誤的認為僅僅只在bucket中存儲值的話，你將不會回答如何從HashMap中獲取對象的邏輯。這個答案相當的正確，也顯示出面試者確實知道hashing以及HashMap的工作原理。但是這僅僅是故事的開始，當面試官加入一些Java程序員每天要碰到的實際場景的時候，錯誤的答案頻現。下個問題可能是關於HashMap中的碰撞探測(collision detection)以及碰撞的解決方法：
“當兩個對象的hashcode相同會發生什麼？” 從這裡開始，真正的困惑開始了，一些面試者會回答因為hashcode相同，所以兩個對象是相等的，HashMap將會拋出異常，或者不會存儲它們。然後面試官可能會提醒他們有equals()和hashCode()兩個方法，並告訴他們兩個對象就算hashcode相同，但是它們可能並不相等。一些面試者可能就此放棄，而另外一些還能繼續挺進，他們回答“因為hashcode相同，所以它們的bucket位置相同，‘碰撞’會發生。因為HashMap使用鏈表存儲對象，這個Entry(包含有鍵值對的Map.Entry對象)會存儲在鏈表中。”這個答案非常的合理，雖然有很多種處理碰撞的方法，這種方法是最簡單的，也正是HashMap的處理方法。但故事還沒有完結，面試官會繼續問：
“如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值對象？” 面試者會回答：當我們調用get()方法，HashMap會使用鍵對象的hashcode找到bucket位置，然後獲取值對象。面試官提醒他如果有兩個值對象儲存在同一個bucket，他給出答案:將會遍歷鏈表直到找到值對象。面試官會問因為你並沒有值對象去比較，你是如何確定確定找到值對象的？除非面試者直到HashMap在鏈表中存儲的是鍵值對，否則他們不可能回答出這一題。
其中一些記得這個重要知識點的面試者會說，找到bucket位置之後，會調用keys.equals()方法去找到鏈表中正確的節點，最終找到要找的值對象。完美的答案！
許多情況下，面試者會在這個環節中出錯，因為他們混淆了hashCode()和equals()方法。因為在此之前hashCode()屢屢出現，而equals()方法僅僅在獲取值對象的時候才出現。一些優秀的開發者會指出使用不可變的、聲明作final的對象，並且采用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生，提高效率。不可變性使得能夠緩存不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取對象的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇。
如果你認為到這裡已經完結了，那麼聽到下面這個問題的時候，你會大吃一驚。“如果HashMap的大小超過了負載因子(load factor)定義的容量，怎麼辦？”除非你真正知道HashMap的工作原理，否則你將回答不出這道題。默認的負載因子大小為0.75，也就是說，當一個map填滿了75%的bucket時候，和其它集合類(如ArrayList等)一樣，將會創建原來HashMap大小的兩倍的bucket數組，來重新調整map的大小，並將原來的對象放入新的bucket數組中。這個過程叫作rehashing，因為它調用hash方法找到新的bucket位置。
如果你能夠回答這道問題，下面的問題來了：“你了解重新調整HashMap大小存在什麼問題嗎？”你可能回答不上來，這時面試官會提醒你當多線程的情況下，可能產生條件競爭(race condition)。
當重新調整HashMap大小的時候，確實存在條件競爭，因為如果兩個線程都發現HashMap需要重新調整大小了，它們會同時試著調整大小。在調整大小的過程中，存儲在鏈表中的元素的次序會反過來，因為移動到新的bucket位置的時候，HashMap並不會將元素放在鏈表的尾部，而是放在頭部，這是為了避免尾部遍歷(tail traversing)。如果條件競爭發生了，那麼就死循環了。這個時候，你可以質問面試官，為什麼這麼奇怪，要在多線程的環境下使用HashMap呢？：）
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我個人很喜歡這個問題，因為這個問題的深度和廣度，也不直接的涉及到不同的概念。讓我們再來看看這些問題設計哪些知識點：
HashMap基於hashing原理，我們通過put()和get()方法儲存和獲取對象。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode，讓後找到bucket位置來儲存值對象。當獲取對象時，通過鍵對象的equals()方法找到正確的鍵值對，然後返回值對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題，當發生碰撞了，對象將會儲存在鏈表的下一個節點中。 HashMap在每個鏈表節點中儲存鍵值對對象。
當兩個不同的鍵對象的hashcode相同時會發生什麼？ 它們會儲存在同一個bucket位置的鏈表中。鍵對象的equals()方法用來找到鍵值對。
因為HashMap的好處非常多，我曾經在電子商務的應用中使用HashMap作為緩存。因為金融領域非常多的運用Java，也出於性能的考慮，我們會經常用到HashMap和ConcurrentHashMap。你可以查看更多的關於HashMap的文章:
