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面试官：HashMap 的 hash 函数是怎么设计的?

HashMap的hash函数设计核心在于减少碰撞、提高数据分布均匀性，具体实现分为以下步骤：

1. 扰动函数处理

对键的原始hashCode进行高位与低位异或，增加低位随机性：

static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

• 作用：将hashCode的高16位右移后与低16位异或，使得高位信息参与低位运算，避免仅依赖低位导致碰撞率升高。

2. 下标计算

通过(n-1) & hash确定数组索引：

• n为2的幂（如默认16），n-1的二进制全为1（例如15对应1111），位与操作等效于取模运算（但效率更高）。
• 优势：位运算比取模快，且保证下标均匀分布在数组范围内。

3. 碰撞优化

• 链表与红黑树：当链表长度≥8时转为红黑树（查找时间复杂度O(log n)），长度≤6时恢复链表，平衡性能与空间。
• 扩容机制：负载因子默认0.75，当元素数超过阈值时扩容为原数组2倍，重新分配元素位置。

关键设计思想

设计要点	实现方式	作用
高位扰动	异或操作（h ^ (h >>> 16)）	减少低位重复导致的碰撞
高效取模	位运算（(n-1) & hash）	替代取模运算，提高速度
动态数据结构	链表（O(n)）与红黑树（O(log n)）自动转换	避免极端情况下性能退化
负载因子	默认0.75（空间与时间折中）	控制扩容阈值，平衡内存使用率和查询效率

示例说明

假设键的hashCode为0x12345678，数组长度n=16：

1. 扰动计算：0x12345678 ^ (0x12345678 >>> 16) = 0x12345678 ^ 0x00001234 = 0x1234444C。
2. 确定下标：(16-1) & 0x1234444C = 15 & 0x444C = 12（最终存储到数组第12个位置）。

通过这种设计，HashMap在大多数情况下能高效处理数据插入与查询，同时保持较低的碰撞概率。