1:HashMap的 数据结构?
答: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。
2:HashMap 的工作原理?
答:HashMap 底层是 hash 数组和单向链表实现,数组中每个元素都是链表,由Node 内部类(实现Map.Entry接口)实现,HashMap 通过 put & get 方式存储和获取。
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 的值 在 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(树的添加方式)。
(JDK1.7 之前使用头插法、JDK1.8 使用尾插法)(注意:当碰撞导致链表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 时,就把链表转换为 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。
3. 当两者对象的 hashCode 相同会发生什么?
答:因为 hashCode 相同,不一定就是相等的(equals 方法比较),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。为什么要重写 hashcode 和 equals 方法?可以往下看。
4. 你知道 hash 的实现吗?为什么要这样实现?
答:JDK1.8中,是通过hashCode() 的高16位异或低16位实现的:
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。
5. 为什么要用异或运算符?
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,尽可能减少碰撞。
6. 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?
答:
① table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的,默认是16,也可以通过构造时传入,最大限制是 1 << 30;
② loadFactor 是装载因子,主要目的是来确认 table 数组是否需要动态扩容,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。
7. HashMap 中的put 方法的过程?
答:调用哈希函数获取Key对应的hash值,再计算其数组下标;
如果没有出现哈希冲突时,则直接放入数组,如果出现哈希冲突时,则以链表的方式放在链表后面;
如果链表长度长度超过阀值(TREEIFY THRESHOLD == 8),就把链表转成红黑树,链表长度 低于 6 就把 红黑树转回链表;
如果 key 已经存在,则替换其value 即可。
如果集合中的键值对大于12,则调用 resize 方法进行数组扩容。
8. 数组扩容的过程?
答:创建一个新数组,其容量为旧数组的两倍,并重新计算旧数组中结点的存储位置。结点在新数组中的位置只有两种,原下标位置 或 原下标 + 旧数组大小。
9.说说你对红黑树的见解?
- 每个节点非红即黑
- 根节点总是黑色的
- 如果节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的(反之不一定)
- 每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL 节点)
- 从根节点到叶节点或空子节点的每条路径,必须包含相同数目的黑色节点(即相同的黑色高度)
10. jdk8 对HashMap做了哪些改变?
在Java1.8中,如果链表的长度超过了8,那么链表转换为红黑树。(桶的数量必须大于64,小于64的时候只会扩容)
发生hash碰撞时,java1.7会在链表的头部插入,而java1.8会在链表的尾部插入
在java1.8中,Entry被Node替代
11. HashMap、LinkedHashMap、TreeMap 有什么区别?
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:实现了SortMap接口,能够把保存的记录根据键排序,(默认是按键值升序排序,也可以指定排序的比较器)
12. HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景?
一般来说,使用最多的是 HashMap
HashMap:在Map 中插入、删除 和 定位 元素时。
TreeMap:在需要按照自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下。
LinkedHash’Map:在需要输出的顺序和输入顺序相同的情况下。
13.HashMap 和 Hashtable 有什么区别?
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
14.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?
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 synchronized 关键字加锁的原理(就是对对象加锁);
而针对 ConcurrentHashMap ,在 JDK1.7采用 分段锁的方式,JDK1.8 中直接采用了 CAS(无锁算法 ) + synchronized.
15.HashMap & ConcurrentHashMap 的区别?
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。
16. 为什么 ConcurrentHashMap 比 Hashtable 效率更高?
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
- JDK1.7 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)。锁粒度降低了。