[trikadin]

не хеш, это коллекция

Кхм... Почитайте про коллекции на Википедии (ссылка туда). Коллекция - это просто условное название набора элементов, оно может быть представлено различными типами данных. В случае с childNodes она как раз таки представлена хешем.

В обычном же хэше все ключи должны быть уникальны

Не факт. Есть различные способы разрешения коллизий в хеш-структурах, например, если для нескольких элементов ключи одинаковы, то ключ будет возвращать ссылку на связный список элементов с этими ключами("метод цепочек"). Но к JS это не относится.

Если вы вставите дочерний элемент, то у всех последующих элементов индекс в этой коллекции поменяется (увеличится на единицу)

К свойствам собственно хеша это не имеет никакого отношения. Если у массива это обусловлено способом хранения данных (они хранятся в памяти последовательно), то в случае с childNodes такие действия обусловлены логикой действия программы.

и опять же, в эту коллекцию нельзя делать вставку/удаление.

elem.parentNode.removeChild(elem)

Физически элементы связанны между собой через nextChild, previousSibling, что и является двунаправленным связанным списком с началом в firstChild и концом в lastChild. А коллекция childNodes обновляется движком по мере вставки/удаления элементов и служит только в качестве вспомогательного механизма для доступа к элементам, но ни в коем случае не для хранения этих элементов.

nextChild и previousChild тоже не хранят элементы. Собственно, суть в том, что элемент - он просто есть. На него может быть сколько угодно ссылок - на элемент это не влияет (ну, почти). Если в C++, скажем, элементы добавляются в двусвязный список, а с удалением массива - исчезают, то здесь можно удалить хоть всех предков элемента - если на него будет ещё хоть одна ссылка, он будет жить.