HashMap 也是比較常用的 Java 集合框架類，該類涉及到的知識比較多，包括陣列、連結串列、紅黑樹等等，還有一些高效巧妙的計算，並且這個類經過幾個版本的改進，不同版本之間是有些差異的，這裡都是基於 JDK8 原始碼。照常的原始碼翻譯，看看你能否回答下面的幾個問題？（一些地方真的很難翻譯，大家看看就好）
問題 1：HashMap 中的 initCapacity、size、threshold、loadFactor、bin 的理解？
HashMap 存放的是鍵值對，但並不是簡單的一個蘿蔔一個坑。
1、在 HashMap 的有參建構函式中，我們指定 initCapacity，但會取大於或等於這個數的 2 的次冪作為 table 陣列的初始容量，使用 tableSizeFor(int) 方法，如 tableSizeFor(10) = 16（2 的 4 次冪），tableSizeFor(20) = 32（2 的 5 次冪），也就是說 table 陣列的長度總是 2 的次冪。
2、size 記錄 HashMap 中儲存的鍵值對的個數。
3、threshold 用來儲存當前容量下最大的可儲存的鍵值對個數，或者說是 HashMap 擴容的臨界值，當 size >= threshold 時，HashMap 就會擴容，threshold = capacity（table 陣列的長度） * loadFactor，但是當指定 initCapacity 還沒 put 鍵值對時，threshold 暫時等於 capacity 的值。
4、loadFactor 為負載因子，負載因子越小，陣列空間浪費就越大，鍵值對的分佈越均勻，查詢越快，反過來負載因子越大，陣列空間利用率越高，鍵值對的分佈越不均勻，查詢越慢，所以要根據實際情況，在時間和空間上做出選擇。
5、bin 在 HashMap 的註釋中多次出現，但這個詞並不好翻譯，table 陣列的每個位置存放的元素（可能不止一個）構成 bin，陣列的每個位置可以看作一個容器或者說是一個桶，容器中存放著一個或多個元素。
因為 HashMap 只開放了獲取 size 引數的方法，所以如果想檢視其他引數的值，一般方法是不行的，可以使用反射獲取上面幾個引數的值，寫程式碼驗證一下，我的測試程式碼。
問題 2：HashMap 內部是怎麼存放資料的？
HashMap 內部是陣列+連結串列+紅黑樹實現的，為每個 Node 確定在 table 陣列中的位置，計算公式是 index = (n - 1) & hash（n 為 table 陣列的長度），這裡的 hash 是通過 key 的 hashCode 計算出來的，計算公式是 hash = key.hashCode ^ (key.hashCode>>>16)。Node 中儲存著鍵值對的 key 和 value 和計算出來的 hash 值，還儲存著下一個 Node 的引用 next（如果沒有下一個 Node，next = null），在一個陣列位置上會對應一個單向連結串列。當連結串列長度超過連結串列樹化（將連結串列轉為樹結構）的閾值 8 時，連結串列將轉換為紅黑樹，來提高查詢速度。
問題 3：HashMap 擴容的方法？
當 HashMap 中的 size >= threshold 時，HashMap 就要擴容。HashMap 同 ArrayList 一樣，內部都是動態增長的陣列，HashMap 擴容使用 resize() 方法，計算 table 陣列的新容量和 Node 在新陣列中的新位置，將舊陣列中的值複製到新陣列中，從而實現自動擴容。
1、當空的 HashMap 例項新增元素時，會以預設容量 16 為 table 陣列的長度擴容，此時 threshold = 16 * 0.75 = 12。
2、當不為空的 HashMap 例項新增新元素陣列容量不夠時，會以舊容量的2倍進行擴容，當然擴容也是大小限制的，擴容後的新容量要小於等於規定的最大容量，使用新容量建立新 table 陣列，然後就是陣列元素 Node 的複製了，計算 Node 位置的方法是 index = (n-1) & hash，這樣計算的好處是，Node 在新陣列中的位置要麼保持不變，要麼是原來位置加上舊陣列的容量值，在新陣列中的位置都是可以預期的（有規律的），並且連結串列上 Node 的順序也不會發生改變（JDK7 中 HashMap 的計算方法是會改變 Node 順序的）。
問題 4：HashMap put 方法詳解？
put 方法內部呼叫的是 putVal() 方法，所以對 put 方法的分析也是對 putVal 方法的分析，整個過程比較複雜，流程圖如下：
1、判斷鍵值對陣列 table 是否為空或為 null，如果是呼叫 resize() 方法進行擴容
2、根據鍵值 key 計算 hash 值得到要插入的陣列索引 index，如果 table[index]==null，說明這個位置還麼有節點，直接新建節點新增到這個位置，轉向 7，如果 table[index] 不為空，轉向 3；
3、 判斷 table[index] 的第一個節點是否和 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key.hashCode 以及 key 的 equals 方法；
4、 判斷 table[index] 是否為 treeNode 節點，也即是 table[index] 位置是否存放的是紅黑樹，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[index]，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；
6、遍歷過程中若發現 key 已經存在直接覆蓋 value 即可；
7、 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 resize。
問題 5：HashMap 陣列的長度為什麼是2的次冪？
主要原因是方便計算出 Node 在陣列中的位置 index，提高計算速度。理想情況下，HashMap 中的 table 陣列只存放一個 Node，也即是沒有雜湊碰撞，這樣存取效率都是最高的。但實際情況是，碰撞是很難避免的，我們要做的是儘可能的把資料均勻分佈在 table 陣列中，常規的做法是使用 hash % length = index 計算出 Node 在陣列中的位置，這個公式可以替換為 index = hash - (hash / length) * length，但這樣計算是比較複雜的，我們人類使用十進位制，而計算機使用的是二進位制，2 的次冪用二進位制表示是非常有規律的，如（16）10 = （10000）2，更巧妙的是當 length = 2 的次冪時，hash % length = hash & (length - 1)，位運算在計算機中效率是很高的，這裡的 length - 1 也同樣很有規律，如（15）10 = （01111）2，任何一個 hash 值和 01111 做與的位運算，結果都是在 00000~01111（0~15） 這個範圍，而這也正好是陣列的 index。並且 HashMap 擴容時，table 陣列的長度是原來的兩倍，還是 2 的次冪，始終可以很快地計算 Node 在陣列中的位置 index。
問題 6：幾種 Map 集合類的對比？
| Map 集合類 | key | value | Super | JDK | 說明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Hashtable | 不允許為 null | 不允許為 null | Dictionary | 1.0 | 執行緒安全（過時） |
| ConcurrentMap | 不允許為 null | 不允許為 null | AbstractMap | 1.5 | 執行緒安全（JDK1.8 採用鎖分段和CAS，效能也很不錯） |
| TreeMap | 不允許為 null | 允許為 null | AbstractMap | 1.2 | 執行緒不安全（有序的） |
| HashMap | 允許為 null | 允許為 null | AbstractMap | 1.2 | 執行緒不安全（resize 時有死鏈問題、容易丟失資料，多執行緒中不要使用） |