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HashMap 面试题

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2019/07/05 Share

Q:HashMap 的数据结构?

A:哈希表结构(链表散列:数组+链表)实现,结合数组和链表的优点。当链表长度超过 8 时,链表转换为红黑树,transient Node<K,V>[] table
HashMap 拓扑图

Q:HashMap 的工作原理?

A:HashMap 底层是 hash 数组和单向链表实现,数组中的每个元素都是链表,由 Node 内部类(实现 Map.Entry<K,V>接口)实现,HashMap 通过 put & get 方法存储和获取。
存储对象时,将 K/V 键值传给 put() 方法:①、调用 hash(K) 方法计算 K 的 hash 值,然后结合数组长度,计算得数组下标;②、调整数组大小(当容器中的元素个数大于 capacity * loadfactor 时,容器会进行扩容resize 为 2n);
③、i.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中不存在,则执行插入,若存在,则发生碰撞;
ii.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在,且它们两者 equals 返回 true,则更新键值对;
iii. 如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在,且它们两者 equals 返回 false,则插入链表的尾部(尾插法)或者红黑树中(树的添加方式)。
(JDK 1.7 之前使用头插法、JDK 1.8 使用尾插法)
(注意:当碰撞导致链表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 时,就把链表转换成红黑树)
获取对象时,将 K 传给 get() 方法:①、调用 hash(K) 方法(计算 K 的 hash 值)从而获取该键值所在链表的数组下标;②、顺序遍历链表,equals()方法查找相同 Node 链表中 K 值对应的 V 值。
hashCode 是定位的,存储位置;equals是定性的,比较两者是否相等

  • 这里用的是Object的equals方法 它的源码为this == object 他首先判断hashcode在判断内容是否相等hashCode不相等内容肯定不相等

Q:当两个对象的 hashCode 相同会发生什么?

A:因为 hashCode 相同,不一定就是相等的(equals方法比较内容是否相等,内容相等同时hashCode相等才是真的相等),所以两个对象所在数组的下标相同,”碰撞”就此发生。又因为 HashMap 使用链表存储对象,这个 Node 会存储到链表中(碰撞的大于8就自动转为红黑树,也就是存在红黑树中)。

Q:你知道 hash 的实现吗?为什么要这样实现?

A:JDK 1.8 中,是通过 hashCode() 的高 16 位异或低 16 位实现的:(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16),主要是从速度,功效和质量来考虑的,减少系统的开销,也不会造成因为高位没有参与下标的计算,从而引起的碰撞。

Q:为什么要用异或运算符?

A:保证了对象的 hashCode 的 32 位值只要有一位发生改变,整个 hash() 返回值就会改变。尽可能的减少碰撞。

Q:HashMap 的 table 的容量如何确定?loadFactor 是什么? 该容量如何变化?这种变化会带来什么问题?

A:①、table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的,默认是16,也可以构造时传入,最大限制是1<<30;
②、loadFactor 是装载因子,主要目的是用来确认table 数组是否需要动态扩展,默认值是0.75,比如table 数组大小为 16,装载因子为 0.75 时,threshold 就是12,当 table 的实际大小超过 12 时,table就需要动态扩容;
③、扩容时,调用 resize() 方法,将 table 长度变为原来的两倍(注意是 table 长度,而不是 threshold)
④、如果数据很大的情况下,扩展时将会带来性能的损失,在性能要求很高的地方,这种损失很可能很致命。

Q:HashMap,LinkedHashMap,TreeMap 有什么区别?

A:HashMap 参考其他问题;
LinkedHashMap 保存了记录的插入顺序,在用 Iterator 遍历时,先取到的记录肯定是先插入的;遍历比 HashMap 慢;
TreeMap 实现 SortMap 接口,能够把它保存的记录根据键排序(默认按键值升序排序,也可以指定排序的比较器)

Q:HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景?

A:一般情况下,使用最多的是 HashMap。
HashMap:在 Map 中插入、删除和定位元素时;
TreeMap:在需要按自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下;
LinkedHashMap:在需要输出的顺序和输入的顺序相同的情况下。

Q:HashMap 和 HashTable 有什么区别?

A:①、HashMap 是线程不安全的,HashTable 是线程安全的;
②、由于线程安全,所以 HashTable 的效率比不上 HashMap;
③、HashMap最多只允许一条记录的键为null,允许多条记录的值为null,而 HashTable 不允许;
④、HashMap 默认初始化数组的大小为16,HashTable 为 11,前者扩容时,扩大两倍,后者扩大两倍+1;
⑤、HashMap 需要重新计算 hash 值,而 HashTable 直接使用对象的 hashCode

Q:Java 中的另一个线程安全的与 HashMap 极其类似的类是什么?同样是线程安全,它与 HashTable 在线程同步上有什么不同?

A:ConcurrentHashMap 类(是 Java并发包 java.util.concurrent 中提供的一个线程安全且高效的 HashMap 实现)。
HashTable 是使用 synchronize 关键字加锁的原理(就是对对象加锁);
而针对 ConcurrentHashMap,在 JDK 1.7 中采用 分段锁的方式;JDK 1.8 中直接采用了CAS(无锁算法)+ synchronized。

Q:HashMap & ConcurrentHashMap 的区别?

A:除了加锁,原理上无太大区别。

另外,HashMap 的键值对允许有null,但是ConCurrentHashMap 都不允许

Q:为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高?

A:HashTable 使用一把锁(锁住整个链表结构)处理并发问题,多个线程竞争一把锁,容易阻塞;
ConcurrentHashMap
JDK 1.7 中使用分段锁(ReentrantLock + Segment + HashEntry),相当于把一个 HashMap 分成多个段,每段分配一把锁,这样支持多线程访问。锁粒度:基于 Segment,包含多个 HashEntry。
JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树。锁粒度:Node(首结点)(实现 Map.Entry<K,V>)。锁粒度降低了。

CATALOG
  1. 1. Q:HashMap 的数据结构?
  2. 2. Q:HashMap 的工作原理?
  3. 3. Q:当两个对象的 hashCode 相同会发生什么?
  4. 4. Q:你知道 hash 的实现吗?为什么要这样实现?
  5. 5. Q:为什么要用异或运算符?
  6. 6. Q:HashMap 的 table 的容量如何确定?loadFactor 是什么? 该容量如何变化?这种变化会带来什么问题?
  7. 7. Q:HashMap,LinkedHashMap,TreeMap 有什么区别?
  8. 8. Q:HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景?
  9. 9. Q:HashMap 和 HashTable 有什么区别?
  10. 10. Q:Java 中的另一个线程安全的与 HashMap 极其类似的类是什么?同样是线程安全,它与 HashTable 在线程同步上有什么不同?
  11. 11. Q:HashMap & ConcurrentHashMap 的区别?
  12. 12. Q:为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高?