JAVA--HashMap热门面试题

2023-07-23 18:20:04 255

1.为什么我们建议在定义HashMap的时候，就指定它的初始化大小呢？

答：在当我们对HashMap初始化时，如果没有为其设置初始化容量，那么系统会默认创建一个容量为16的大小的集合。当我们向HashMap中添加元素时，如果HashMap的容量值超过了它的临界值（默认16*0.75=12）时，（0.75是HashMap的加载因子）HashMap将会重新扩容到下一个2的指数次幂（2^4=16下一个2的指数次幂是2^5=32）。由于HashMap扩容要进行resize的操作，频繁的resize，会导致HashMap的性能下降，所以建议在确定HashMap集合的大小的情况下，指定其初始化大小，避免做过多的resize操作，导致性能下降。

2.HashMap什么时候进行扩容？

答：当我们不断的向HashMap中添加元素时，它会判断HashMap当前的容量值(当前元素的个数)是否超过了它的临界值（在没有指定其初始化大小时，默认16*0.75=12），如果添加的元素个数超过了临界值，它就会开始进行扩容。

3.HashMap在扩容时，扩容到多大？

答：HashMap在扩容时，它会扩容到下一个2的指数次幂，即当前容量的2倍，比如当前容量是2^4=16，将会扩容到下一个2的指数次幂2^5=32.

4.HashMap是如何进行扩容的？

答：HashMap进行扩容时会调用resize()函数，重新计算HashMap所需的新的容量，然后重新定义一个新的容器，将原数组数据进行Hash,放入新的容器中。这个过程将会导致HashMap的性能下降。

resize()函数的源码：

//HashMap扩容操作
finalNode[]resize(){
//保存当前table
Node[]oldTab=table;
//保存当前table的容量
intoldCap=(oldTab==null)?0:oldTab.length;
//保存当前阈值
intoldThr=threshold;
//初始化新的table容量和阈值
intnewCap,newThr=0;

//1.resize()函数在size(HashMap当前的元素个数)>threshold(当前阈值，默认16*0.75=12)时调用。
//当oldCap(HashMap的元素个数)大于0表示原来的table表非空，oldCap(threshold)为oldCapxload_factor(加载因子：0.75)
if(oldCap>0){
//若旧table容量大于等于最大容量，更新阈值为Integer.MAX_VALUE(最大整形值)，这样以后就不会自动扩容了
if(oldCap>=MAXIMUM_CAPACITY){
threshold=Integer.MAX_VALUE;
returnoldTab;
}
//扩容到下一个2的指数次幂，容量翻倍，使用左移，效率更高
elseif((newCap=oldCap<<1)=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr=oldThr<<1;//doublethreshold//阈值翻倍
}

//2.resize()函数在table为空被调用。oldCap小于等于0且oldThr大于0，表示用户使用HashMap的构造函数创建了一个HashMap，
//使用的构造函数为HashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor)或HashMap(intinitialCapacity)或HashMap(Mapm)，
//导致了oldTab为null,oldCap为0，oldThr为用户指定的HashMap的初始化容量
elseif(oldThr>0)//initialcapacitywasplacedinthreshold
newCap=oldThr;//当table没有初始化时，threshold为初始容量，threshold=tableSizeFor(t);

//3.resize()函数在table为空被调用。oldCap小于等于0且oldThr大于0，表示用户使用HashMap的无参构造函数HashMap()函数创建了一个HashMap，
//此时，所有值均采用默认值，oldTab(table)表为空，oldCap为0，oldThr等于0.
else{//zeroinitialthresholdsignifiesusingdefaults
newCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR*DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
//如果新的阈值为0
if(newThr==0){
floatft=(float)newCap*loadFactor;//新的tbale容量*加载因子
newThr=(newCap[]newTab=(Node[])newNode[newCap];
table=newTab;
if(oldTab!=null){
//把oldTab中的节点reHash到newTab中去
for(intj=0;je;
if((e=oldTab[j])!=null){
oldTab[j]=null;
//如果节点是单个节点，直接在newTab中进行重定位
if(e.next==null)
newTab[e.hash&(newCap-1)]=e;
//如果节点是TreeNode节点，要进行红黑树的rehash操作
elseif(einstanceofTreeNode)
((TreeNode)e).split(this,newTab,j,oldCap);
//如果是链表，进行链表的rehash操作
else{//preserveorder
NodeloHead=null,loTail=null;
NodehiHead=null,hiTail=null;
Nodenext;
//将同一桶中的元素根据(e.hash&oldCap)是否为0进行分割，分成两个不同的链表，完成rehash操作
do{
next=e.next;
//根据算法e.hash&oldCap判断节点位置rehash后是否发生改变，最高位==0，这是索引不变的链表
if((e.hash&oldCap)==0){
if(loTail==null)
loHead=e;
else
loTail.next=e;
loTail=e;
}
//最高位==1，这是索引发生改变的链表
else{
if(hiTail==null)
hiHead=e;
else
hiTail.next=e;
hiTail=e;
}
}while((e=next)!=null);
if(loTail!=null){//原bucket位置的尾指针不为空(即还有node)
loTail.next=null;//链表最后一个节点为null
newTab[j]=loHead;//链表的头指针放在新桶的相同下标(j)处
}
if(hiTail!=null){
hiTail.next=null;
newTab[j+oldCap]=hiHead;//rehash后节点新的位置一定为原来基础上加上oldCap
}
}
}
}
}
returnnewTab;
}

5.为什么说HashMap是线程不安全的？

答：HashMap在多线程并发时线程不安全，主要表现在下面两个方面：

(1)当向HashMap中put(添加)元素时导致的多线程数据不一致

比如有两个线程A和B，首先A希望插入一个key-value键值对到HashMap中，它首先计算记录所要落到的hash桶的索引坐标，然后获取到该桶里面的链表头结点，此时线程A的时间片用完了，而此时线程B被调度得以执行，和线程A一样执行，只不过线程B成功将记录插到了桶里面。假设线程A插入的记录计算出来的hash桶索引和线程B要插入的记录计算出来的hash桶索引是一样的，那么当线程B成功插入之后，线程A再次被调度运行时，它依然持有过期的链表头但是它对此一无所知，以至于它认为它应该这样做，如此一来就覆盖了线程B插入的记录，这样线程B插入的记录就凭空消失了，造成了数据不一致的行为。

简单来说就是在多线程环境下，向HashMap集合中添加元素会存在覆盖的现象，导致了线程不安全。

(2)当HashMap进行扩容调用resize()函数时引起死循环

HashMap在put的时候，插入的元素超过了容量（由负载因子决定）的范围就会触发扩容操作，就是rehash，这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中，在多线程的环境下，存在同时其他的元素也在进行put操作，如果hash值相同，可能出现同时在同一数组下用链表表示，造成闭环，导致在get时会出现死循环，所以HashMap是线程不安全的。

HashMap的线程不安全主要体现在下面两个方面：

1.在JDK1.7中，当并发执行扩容操作时会造成环形链和数据丢失的情况。

2.在JDK1.8中，在并发执行put操作时会发生数据覆盖的情况。

6.说说HashMap的数据结构

HashMap是一个key-value键值对的数据结构，从结构上来讲在jdk1.8之前是用数组加链表的方式实现，jdk1.8加了红黑树，HashMap数组的默认初始长度是16，HashMap数组只允许一个key为null，允许多个value为null

HashMap的内部实现，HashMap是使用数组+链表+红黑树的形式实现的，其中数组是一个一个Node[]数组，我们叫他hash桶数组，它上面存放的是key-value键值对的节点。HashMap是用hash表来存储的，在HashMap里为解决hash冲突，使用链地址法，简单来说就是数组加链表的形式来解决，当数据被hash后，得到数组下标，把数据放在对应下标的链表中。

HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。HashMap主干为一个Entry数组，而每个Entry存放着一个键值对和同时指向另一个Entry的引用，如果发生哈希冲突，该引用即指向另一个Entry。

HashMap是由数组+链表结构组成，数组是HashMap主体，链表则是为了解决哈希冲突而存在，如果对于Entry不含链表的位置，对其操作的时间复杂度为O(1)，如果定位到具有链表的位置，则时间复杂度为O(n)。

HashMap中重要字段:

transientintsize：实际储存的KEY-VALUE对个数

intthreshold：阀值，当表为空的时候，该值初始容量为16，后期扩容使用

finalfloatloadFactor：负载因子，代表表的填充度，默认为0.75

transientintmodCount：用于快速失败，迭代时抛出异常

在JDK1.8中HashMap底层改为链表+数组+红黑树的形式，当Hash冲突多次在同一个位置发生的时候，（确切的说是该位置链表长度大于8时），在此位置将用红黑树来储存数据提高读取效率.

HashMap包含如下几个构造器：

HashMap()：构建一个初始容量为16，负载因子为0.75的HashMap。

HashMap(intinitialCapacity)：构建一个初始容量为initialCapacity，负载因子为0.75的HashMap。

HashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor)：以指定初始容量、指定的负载因子创建一个HashMap。

HashMap的基础构造器HashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor)带有两个参数，它们是初始容量initialCapacity和负载因子loadFactor。

负载因子loadFactor衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是O(1+a)，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。

HashMap的实现中，通过threshold字段来判断HashMap的最大容量：

threshold=(int)(capacity*loadFactor);

结合负载因子的定义公式可知，threshold就是在此loadFactor和capacity对应下允许的最大元素数目，超过这个数目就重新resize，以降低实际的负载因子。默认的负载因子0.75是对空间和时间效率的一个平衡选择。当容量超出此最大容量时，resize后的HashMap容量是容量的两倍：

7.HashMap的工作原理是什么?

一，存储方式： Java中的HashMap是以键值对(key-value)的形式存储元素的。

二，调用原理：HashMap需要一个hash函数，它使用hashCode()和equals()方法来向集合/从集合添加和检索元素。当调用put()方法的时候，HashMap会计算key的hash值，然后把键值对存储在集合中合适的索引上。如果key已经存在了，value会被更新成新值。

HashMap的实现原理：

1.利用key的hashCode重新hash计算出当前对象的元素在数组中的下标

2.存储时，如果出现hash值相同的key，此时有两种情况。(1)如果key相同，则覆盖原始值；(2)如果key不同（出现冲突），则将当前的key-value放入链表中

3.获取时，直接找到hash值对应的下标，在进一步判断key是否相同，从而找到对应值。

4.理解了以上过程就不难明白HashMap是如何解决hash冲突的问题，核心就是使用了数组的存储方式，然后将冲突的key的对象放入链表中，一旦发现冲突就在链表中做进一步的对比。

纯属个人总结，如有不对的，欢迎指出！感谢诸君的支持，点个赞吧！

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