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HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，和Hashtable的主要区别在于线程安全的实现。HashMap允许使用null值和null键，并且不保证映射的顺序。它主要提供存储、查询、Key-Value操作，并且在设计时考虑了时间和空间的平衡。

HashMap的实现通常采用数组和链表结合的方式。数组通过索引快速定位存储位置，查询效率高，但插入效率较低，因为需要移动节点。链表存储元素，插入效率高，但查询效率较低，需要遍历链表。

在JDK7中，HashMap采用了数组加链表的方式，但为了优化查询效率，将链表替换为红黑树，当链表长度超过8时。红黑树的查询效率为O(logN)，优于链表的O(N)，但插入和删除操作稍微复杂。

关于红黑树转链表的阈值设置为8，主要是为了平衡时间和空间复杂度。当链表长度为8时，哈希碰撞概率已经非常小，继续使用链表会导致资源浪费。阈值设置为6是为了避免链表和红黑树之间频繁转换带来的性能问题。

CPU占用100%通常发生在并发访问情况下，可能是由于缺少合适的锁机制或死锁情况。此外，头插法、双向链表形成死循环或在高并发下频繁扩容也可能导致性能问题。

通过理解HashMap的工作原理，可以更好地优化代码，避免常见的性能问题。在开发过程中，可以参考这些原理，选择适合的数据结构和算法，以达到最佳性能和可扩展性。