【❂Java集合】说一下HashMap的实现原理？
JDK7和JDK8中HashMap的大致变化是：
1.7中采用数组+链表，1.8采用的是数组+链表/红黑树，即在1.7中链表长度超过一定长度后就改成红黑树存储。
1.7扩容时需要重新计算哈希值和索引位置，1.8并不重新计算哈希值，巧妙地采用和扩容后容量进行&操作来计算新的索引位置。
1.7是采用表头插入法插入链表，1.8采用的是尾部插入法。
在1.7中采用表头插入法，在扩容时会改变链表中元素原本的顺序，以至于在并发场景下导致链表成环的问题；在1.8中采用尾部插入法，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。
什么是哈希表
哈希表（hash table）也叫散列表，是一种非常重要的数据结构，应用场景极其丰富，许多缓存技术（比如memcached）的核心其实就是在内存中维护一张大的哈希表。
在哈希表中进行添加，删除，查找等操作，性能很高，不考虑哈希冲突的情况下，仅需一次定位即可完成，时间复杂度为O(1)。
数据结构的物理存储结构只有两种：顺序存储结构和链式存储结构（像栈，队列，树，图等是从逻辑结构去抽象的，映射到内存中，也是这两种物理组织形式），如果在数组中根据下标查找某个元素，一次定位就可以达到，哈希表利用了这种特性，所以，哈希表的主干就是数组。
比如我们要新增或查找某个元素，我们通过把当前元素的关键字通过某个函数映射到数组中的某个位置，通过数组下标一次定位就可完成操作。
存储位置 = f(关键字)
其中，这个函数f一般称为哈希函数，这个函数的设计好坏会直接影响到哈希表的优劣。
哈希冲突
如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同怎么办？也就是说，当我们对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，其实这就是所谓的哈希冲突，也叫哈希碰撞。
好的哈希函数会尽可能地保证计算简单和散列地址分布均匀，但是，我们需要清楚的是，数组是一块连续的固定长度的内存空间，再好的哈希函数也不能保证得到的存储地址绝对不发生冲突。
那么哈希冲突如何解决呢？哈希冲突的解决方案有多种：开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），再散列函数法，链地址法，而HashMap采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。
HashMap实现原理
HashMap由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，链表主要是为了解决哈希冲突而存在的，如果定位到的数组位置不含链表（当前entry的next指向null）,那么对于查找，添加等操作很快，仅需一次寻址即可；如果定位到的数组包含链表，对于添加操作，其时间复杂度为O(n)，首先遍历链表，存在即覆盖，否则新增；对于查找操作来讲，仍需遍历链表，然后通过key对象的equals方法逐一比对查找。所以，性能考虑，HashMap中的链表出现越少，性能才会越好。
HashMap的主干是一个Entry数组。Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对。
Entry是HashMap中的一个静态内部类。
HashMap默认初始容量是16，长度始终保持2的n次方，加载因子为0.75，扩容增量：原容量的1倍。
在常规构造器中，没有为数组table分配内存空间（有一个入参为指定Map的构造器例外），而是在执行put操作的时候才真正构建table数组。
为何HashMap的数组长度一定是2的次幂？
HashMap是根据key的hash值决定key放入到哪个桶（bucket）中，通过 tab[(n - 1) & hash] 公式计算得出（查看getNode方法）。其中tab是一个哈希表
为什么要保证 capacity 是2的次幂呢？
（1）在get方法实现中，实际上是匹配链表中的 Node[] tab 中的数据。(n - 1) & hash实际上是计算出 key 在 tab 中索引位置，当key的hash没有冲突时，key在HashMap存储的位置就是匹配的node中的第一个节点。如果hash有冲突，就会在node里面节点中查询，直至匹配到相等的key。
（2）因为 n 永远是2的次幂，所以 n-1 通过 二进制表示，永远都是尾端以连续1的形式表示（00001111，00000011）。
当(n - 1) 和 hash 做与运算时，会保留hash中 后 x 位的 1，例如 00001111 & 10000011 = 00000011
这样做有几个好处：
- &运算速度快，至少比%取模运算块
- 能保证 索引值 肯定在 capacity 中，不会超出数组长度
- (n - 1) & hash，当n为2次幂时，会满足一个公式：(n - 1) & hash = hash % n
为什么要通过 (n - 1) & hash 决定桶的索引呢？
（1）key具体应该在哪个桶中，肯定要和key挂钩的，HashMap顾名思义就是通过hash算法高效的把存储的数据查询出来，所以HashMap的所有get 和 set 的操作都和hash相关。
（2）既然是通过hash的方式，那么不可避免的会出现hash冲突的场景。hash冲突就是指 2个key 通过hash算法得出的哈希值是相等的。hash冲突是不可避免的，所以如何尽量避免hash冲突，或者在hash冲突时如何高效定位到数据的真实存储位置就是HashMap中最核心的部分。
（3） HashMap 中 capacity 可以在构造函数中指定，如果不指定默认是2 的 (n = 4) 次方，即16。
（4）HashMap中的hash也做了比较特别的处理，(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)。
先获得key的hashCode的值 h，然后 h 和 h右移16位 做异或运算。
实质上是把一个数的低16位与他的高16位做异或运算，因为在前面 (n - 1) & hash 的计算中，hash变量只有末x位会参与到运算。使高16位也参与到hash的运算能减少冲突。
例如1000000的二进制是 00000000 00001111 01000010 01000000
右移16位： 00000000 00000000 00000000 00001111
异或 00000000 00001111 01000010 01001111
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}capacity 永远都是 2 次幂，那么如果我们指定 initialCapacity 不为 2次幂时呢，是不是就破坏了这个规则？
不会，HashMap的tableSizeFor方法做了处理，能保证n永远都是2次幂。
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