HashMap連環問你能答出幾道?

1：HashMap 的資料結構？

A：哈希表結構（鏈表散列：陣列+鏈表）實作，結合陣列和鏈表的優點，當鏈表長度超過 8 時，鏈表轉換為紅黑樹，

transient Node<K,V>\[\] table;

2：HashMap 的作業原理？

HashMap 底層是 hash 陣列和單向鏈表實作，陣列中的每個元素都是鏈表，由 Node 內部類（實作 Map.Entry介面）實作，HashMap 通過 put & get 方法存盤和獲取，

存盤物件時，將 K/V 鍵值傳給 put() 方法：

①、呼叫 hash(K) 方法計算 K 的 hash 值，然后結合陣列長度，計算得陣列下標；

②、調整陣列大小（當容器中的元素個數大于 capacity * loadfactor 時，容器會進行擴容resize 為 2n）；

③、i.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中不存在，則執行插入，若存在，則發生碰撞；

ii.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它們兩者 equals 回傳 true，則更新鍵值對；

iii. 如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它們兩者 equals 回傳 false，則插入鏈表的尾部（尾插法）或者紅黑樹中（樹的添加方式），

（JDK 1.7 之前使用頭插法、JDK 1.8 使用尾插法）（注意：當碰撞導致鏈表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 時，就把鏈表轉換成紅黑樹）

獲取物件時，將 K 傳給 get() 方法：①、呼叫 hash(K) 方法（計算 K 的 hash 值）從而獲取該鍵值所在鏈表的陣列下標；②、順序遍歷鏈表，equals()方法查找相同 Node 鏈表中 K 值對應的 V 值，

hashCode 是定位的，存盤位置；equals是定性的，比較兩者是否相等，

3.當兩個物件的 hashCode 相同會發生什么？

因為 hashCode 相同，不一定就是相等的（equals方法比較），所以兩個物件所在陣列的下標相同，"碰撞"就此發生，又因為 HashMap 使用鏈表存盤物件，這個 Node 會存盤到鏈表中，

4.你知道 hash 的實作嗎？為什么要這樣實作？

JDK 1.8 中，是通過 hashCode() 的高 16 位異或低 16 位實作的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度，功效和質量來考慮的，減少系統的開銷，也不會造成因為高位沒有參與下標的計算，從而引起的碰撞，

5.為什么要用異或運算子？

保證了物件的 hashCode 的 32 位值只要有一位發生改變，整個 hash() 回傳值就會改變，盡可能的減少碰撞，

6.HashMap 的 table 的容量如何確定？loadFactor 是什么？該容量如何變化？這種變化會帶來什么問題？

①、table 陣列大小是由 capacity 這個引數確定的，默認是16，也可以構造時傳入，最大限制是1<<30；

②、loadFactor 是裝載因子，主要目的是用來確認table 陣列是否需要動態擴展，默認值是0.75，比如table 陣列大小為 16，裝載因子為 0.75 時，threshold 就是12，當 table 的實際大小超過 12 時，table就需要動態擴容；

③、擴容時，呼叫 resize() 方法，將 table 長度變為原來的兩倍（注意是 table 長度，而不是 threshold）

④、如果資料很大的情況下，擴展時將會帶來性能的損失，在性能要求很高的地方，這種損失很可能很致命，

7.HashMap中put方法的程序？

答：“呼叫哈希函式獲取Key對應的hash值，再計算其陣列下標；

如果沒有出現哈希沖突，則直接放入陣列；如果出現哈希沖突，則以鏈表的方式放在鏈表后面；

如果鏈表長度超過閥值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把鏈表轉成紅黑樹，鏈表長度低于6，就把紅黑樹轉回鏈表;

如果結點的key已經存在，則替換其value即可；

如果集合中的鍵值對大于12，呼叫resize方法進行陣列擴容，”

8.陣列擴容的程序？

創建一個新的陣列，其容量為舊陣列的兩倍，并重新計算舊陣列中結點的存盤位置，結點在新陣列中的位置只有兩種，原下標位置或原下標+舊陣列的大小，

9.拉鏈法導致的鏈表過深問題為什么不用二叉查找樹代替，而選擇紅黑樹？為什么不一直使用紅黑樹？

之所以選擇紅黑樹是為了解決二叉查找樹的缺陷，二叉查找樹在特殊情況下會變成一條線性結構（這就跟原來使用鏈表結構一樣了，造成很深的問題），遍歷查找會非常慢，推薦：面試問紅黑樹，我臉都綠了，

而紅黑樹在插入新資料后可能需要通過左旋，右旋、變色這些操作來保持平衡，引入紅黑樹就是為了查找資料快，解決鏈表查詢深度的問題，我們知道紅黑樹屬于平衡二叉樹，但是為了保持“平衡”是需要付出代價的，但是該代價所損耗的資源要比遍歷線性鏈表要少，所以當長度大于8的時候，會使用紅黑樹，如果鏈表長度很短的話，根本不需要引入紅黑樹，引入反而會慢，

10.說說你對紅黑樹的見解？

• 每個節點非紅即黑
• 根節點總是黑色的
• 如果節點是紅色的，則它的子節點必須是黑色的（反之不一定）
• 每個葉子節點都是黑色的空節點（NIL節點）
• 從根節點到葉節點或空子節點的每條路徑，必須包含相同數目的黑色節點（即相同的黑色高度）

11.jdk8中對HashMap做了哪些改變？

在java 1.8中，如果鏈表的長度超過了8，那么鏈表將轉換為紅黑樹，（桶的數量必須大于64，小于64的時候只會擴容）

發生hash碰撞時，java 1.7 會在鏈表的頭部插入，而java 1.8會在鏈表的尾部插入

在java 1.8中，Entry被Node替代(換了一個馬甲，

12.HashMap，LinkedHashMap，TreeMap 有什么區別？

LinkedHashMap 保存了記錄的插入順序，在用 Iterator 遍歷時，先取到的記錄肯定是先插入的；遍歷比 HashMap 慢；

TreeMap 實作 SortMap 介面，能夠把它保存的記錄根據鍵排序（默認按鍵值升序排序，也可以指定排序的比較器）

13.HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用場景？

一般情況下，使用最多的是 HashMap，

HashMap：在 Map 中插入、洗掉和定位元素時；

TreeMap：在需要按自然順序或自定義順序遍歷鍵的情況下；

LinkedHashMap：在需要輸出的順序和輸入的順序相同的情況下，

14.HashMap 和 HashTable 有什么區別？

①、HashMap 是執行緒不安全的，HashTable 是執行緒安全的；

②、由于執行緒安全，所以 HashTable 的效率比不上 HashMap；

③、HashMap最多只允許一條記錄的鍵為null，允許多條記錄的值為null，而 HashTable不允許；

④、HashMap 默認初始化陣列的大小為16，HashTable 為 11，前者擴容時，擴大兩倍，后者擴大兩倍+1；

⑤、HashMap 需要重新計算 hash 值，而 HashTable 直接使用物件的 hashCode

15.Java 中的另一個執行緒安全的與 HashMap 極其類似的類是什么？同樣是執行緒安全，它與 HashTable 在執行緒同步上有什么不同？

ConcurrentHashMap 類（是 Java并發包 java.util.concurrent 中提供的一個執行緒安全且高效的 HashMap 實作），

HashTable 是使用 synchronize 關鍵字加鎖的原理（就是對物件加鎖）；

而針對 ConcurrentHashMap，在 JDK 1.7 中采用 分段鎖的方式；JDK 1.8 中直接采用了CAS（無鎖演算法）+ synchronized，

16.HashMap & ConcurrentHashMap 的區別？

除了加鎖，原理上無太大區別，另外，HashMap 的鍵值對允許有null，但是ConCurrentHashMap 都不允許，

17.為什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高？

HashTable 使用一把鎖（鎖住整個鏈表結構）處理并發問題，多個執行緒競爭一把鎖，容易阻塞；

ConcurrentHashMap

• JDK 1.7 中使用分段鎖（ReentrantLock + Segment + HashEntry），相當于把一個 HashMap 分成多個段，每段分配一把鎖，這樣支持多執行緒訪問，鎖粒度：基于 Segment，包含多個 HashEntry，
• JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 紅黑樹，鎖粒度：Node（首結點）（實作 Map.Entry），鎖粒度降低了，

18.針對 ConcurrentHashMap 鎖機制具體分析（JDK 1.7 VS JDK 1.8）

JDK 1.7 中，采用分段鎖的機制，實作并發的更新操作，底層采用陣列+鏈表的存盤結構，包括兩個核心靜態內部類 Segment 和 HashEntry，

①、Segment 繼承 ReentrantLock（重入鎖） 用來充當鎖的角色，每個 Segment 物件守護每個散列映射表的若干個桶；

②、HashEntry 用來封裝映射表的鍵-值對；

③、每個桶是由若干個 HashEntry 物件鏈接起來的鏈表

JDK 1.8 中，采用Node + CAS + Synchronized來保證并發安全，取消類 Segment，直接用 table 陣列存盤鍵值對；當 HashEntry 物件組成的鏈表長度超過 TREEIFY_THRESHOLD 時，鏈表轉換為紅黑樹，提升性能，底層變更為陣列 + 鏈表 + 紅黑樹，

19.ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中，為什么要使用內置鎖 synchronized 來代替重入鎖 ReentrantLock？

①、粒度降低了；

②、JVM 開發團隊沒有放棄 synchronized，而且基于 JVM 的 synchronized 優化空間更大，更加自然，

③、在大量的資料操作下，對于 JVM 的記憶體壓力，基于 API 的 ReentrantLock 會開銷更多的記憶體，

20.ConcurrentHashMap 簡單介紹？

①、重要的常量：

private transient volatile int sizeCtl;

當為負數時，-1 表示正在初始化，-N 表示 N - 1 個執行緒正在進行擴容；

當為 0 時，表示 table 還沒有初始化；

當為其他正數時，表示初始化或者下一次進行擴容的大小，

②、資料結構：

Node 是存盤結構的基本單元，繼承 HashMap 中的 Entry，用于存盤資料；

TreeNode 繼承 Node，但是資料結構換成了二叉樹結構，是紅黑樹的存盤結構，用于紅黑樹中存盤資料；

TreeBin 是封裝 TreeNode 的容器，提供轉換紅黑樹的一些條件和鎖的控制，

③、存盤物件時（put() 方法）：

如果沒有初始化，就呼叫 initTable() 方法來進行初始化；

如果沒有 hash 沖突就直接 CAS 無鎖插入；

如果需要擴容，就先進行擴容；

如果存在 hash 沖突，就加鎖來保證執行緒安全，兩種情況：一種是鏈表形式就直接遍歷到尾端插入，一種是紅黑樹就按照紅黑樹結構插入；

如果該鏈表的數量大于閥值 8，就要先轉換成紅黑樹的結構，break 再一次進入回圈

如果添加成功就呼叫 addCount() 方法統計 size，并且檢查是否需要擴容，

④、擴容方法 transfer()：默認容量為 16，擴容時，容量變為原來的兩倍，

helpTransfer()：呼叫多個作業執行緒一起幫助進行擴容，這樣的效率就會更高，

⑤、獲取物件時（get()方法）：

計算 hash 值，定位到該 table 索引位置，如果是首結點符合就回傳；

如果遇到擴容時，會呼叫標記正在擴容結點 ForwardingNode.find()方法，查找該結點，匹配就回傳；

以上都不符合的話，就往下遍歷結點，匹配就回傳，否則最后就回傳 null，

21.ConcurrentHashMap 的并發度是什么？

程式運行時能夠同時更新 ConccurentHashMap 且不產生鎖競爭的最大執行緒數，默認為 16，且可以在建構式中設定，

當用戶設定并發度時，ConcurrentHashMap 會使用大于等于該值的最小2冪指數作為實際并發度（假如用戶設定并發度為17，實際并發度則為32）

原作者：菜鳥小于
原文鏈接： [HashMap面試必問的資料結構相關知識總結 - 菜鳥小于 - 博客園][HashMap_ - _ -]
原出處：博客園
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