面试题系列-HashMap

HashMap

数据结构

由数组和链表组合构成的数据结构

1. HashMap底层是以数组的方式进行存储的，将key-value对作为数组中的一个元素进行存储
2. key-value都是Map.Entry的属性，其中将Key的值进行hash之后进行存储，即每一个key都是计算hash值，然后存储。每一个Hash值对应一个数组下标，数组下标是根据hash值和数组长度计算得来的
3. 由于不同的key有可能出现hash值相同，也就是说数组中该下标位置的元素出现了两个，对于这种情况，hashmap使用了链表形式进行存储。

在Java7时叫做Entry

Java8 叫做Node

put原理：

put（"key","value"） 时，通过哈希函数计算出插入的位置，然后进行插入

需要链表是因为在put的时候，哈希和希哈两个都去hash有一定的概率会一样， 在极端情况下，就形成了链表。

链表插入方式：

1.8之前使用的是头插法 1.8之后使用的是尾插法。

为啥改为尾插法

扩容机制

hash的扩容机制：数组容量是有限的，数据多次插入的，到达一定的数量就会进行扩容，也就是resize

• Capacity：Hash Map当前长度
• LoadFactor：负载因子，默认为0.75f。

负载因子就是说，如果当前的容量大小为100，当你存进第76个的时候，判断发现需要进行resize，那就进行扩容，但HashMapd的扩容不是简单的扩大点容量这么简单，

扩容步骤：

1. 扩容：创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍。
2. ReHash:遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。

为什么要重新hash，不直接复制过去。

Hash的公式：index = HashCode（Key）&(length-1)

因为数组的长度扩大之后，Hash的规则也会进行改变。原来计算出来的Hash值在新数组重不一样。

尾插法由来（头插法在多线程下可能产生环形链表）

比如 ，我们现在往一个容量大小为2的put两个值，负载因子在put第二个的时候就会进行resize。

那么现在我们在容量为2的容器里用不同线程插入a,b,c 。假如我们在resize之前打了一个断电，那么意味着三个数据都插入了，但是还没resize，那么扩容前可能是这样的，

a->b->c

因为resize的赋值方式，使用了单链表的头插入，同一位置上，新元素总会放在链表的头部位置，在旧数组重，同一条Entry链上的元素，通过重新计算索引位置后，有可能被放到了新数组的不同位置

所以有可能出现下面的情况

b指向了a

当线程调整完成时，就可能出现环形链表：因为在旧数组中，a是指向b的，而这个指向存在新数组是不会改变，所以会导致环形链表。

尾插是怎么样的呢？

使用头插会改变链表上的顺序，但是使用尾插，在扩容时保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。

就是说本来A->b 在扩容后还是A->b

Java7 在多线程操作HashMap时可能引起死循环，主要原因是扩容转移前后链表顺序倒置，在转移过程中修改了原来链表节点的引用关系。

Java8在同样的前提下，在扩容时保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。

那是不是意味着Java8就可以把HashMap用在多线程中呢？

即使不会出现死循环，但源码中Put/Get方法都没有加同步锁，多线程情况最容易出现的就是：无法保证上一秒put的值，下一秒get的时候还是原来的值，所以线程安全还是无法保证

HashMap的默认初始化长度

HashMap的默认初始化长度是16。

源码中使用的是

static final int DEFAILT_INITAL_CAPACITY = 1<<4;

我们在创建HashMap的时候，阿里巴巴规范插件会提醒我们最好赋初值，最好是2的幂

这样是为了位运算的方便，位与运算比算数计算的效率高了很多，之所以选择16，是为了服务

将key映射到index的算法。

打个比方，key为“帅丙”的十进制为766132那二进制就是10111011000010110100

index的计算公式：index= HashCode(Key)&（Length-1）

10111011000010110100（HashCode）&15的二进制1111(length-1)=4

所以用位与运算效果与取模一样，性能也提高了不少！

为啥不用别的用16？

因为在使用不是2的幂的数字的时候，length-1的值是所有二进制位为1，这种情况下，index的结果等同于HashCode的后几位的值，只要输入的HashCode本身分布均匀，Hash的算法的结果也就是均匀的。为了实现均匀分布。

为啥我们重写equals方法的时候需要重写hashCode方法呢，

因为在java中，所有的对象都是继承于Object类，Object类中有两个方法equals、hashCode、这两个方法都是用来比较两个对象是否相等的。

在没有重写equals方法我们都是继承了object的equals方法，哪里的equals的比较两个对象的内存地址，显然我们new了两个对象，内存地址肯定不一样。

• 对于值对象，==比较的是两个对象的值
• 对于引用对象，比较的是两个对象的地址

因为HashMap是通过Key的HashCode去寻找index的，index一样就形成了链表，也就是说两个不同的key，index都是一样的，那么get的时候，get根据key去hash然后计算出index，然后找到了位置，那么怎么找具体的两个key呢，equals,所以如果对equals方法进行重写，hashCode也要重写，以保证相同的对象返回相同的hash值，不同的对象返回不同的hash值。

否则会导致hashCode都一样。

HashMap线程安全的场景

一般使用hashTable 或者ConcurrentHashMap，因为前者的并发度原因所以没有太多的使用场景，所以一般有线程不安全的场景我们都使用的是ConcurrentHashMap。

总结

HashMap绝对是最常问的集合之一

篇幅和精力的原因我就介绍到了一部分的主要知识点，我总结了一些关于HashMap常见的面试题。

• HashMap的底层数据结构？

  数组加链表的组合

• HashMap的存取原理？

  • 存

    public V put(K key, V value) {
          //当key为null，调用putForNullKey方法，保存null与table第一个位置中，这是HashMap允许为null的原因
          if (key == null)
              return putForNullKey(value);
          //计算key的hash值
          int hash = hash(key.hashCode());                  ------(1)
          //计算key hash 值在 table 数组中的位置
          int i = indexFor(hash, table.length);             ------(2)
          //从i出开始迭代 e,找到 key 保存的位置
          for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
              Object k;
              //判断该条链上是否有hash值相同的(key相同)
              //若存在相同，则直接覆盖value，返回旧value
              if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                  V oldValue = e.value;    //旧值 = 新值
                  e.value = value;
                  e.recordAccess(this);
                  return oldValue;     //返回旧值
              }
          }
          //修改次数增加1
          modCount++;
          //将key、value添加至i位置处
          addEntry(hash, key, value, i);
          return null;
      }
    

    1. 当key为空的时候，将Entry存放在buketIndex为0的位置，即table[0]
    2. 当key不为空的时候，执行key.hashCode()方法计算出Hash值找到index，
    3. index位置没有元素时，此时直接将Entry存入table[index]。
    4. index位置有元素且对象相同(key值相等或者key.equals),则替换掉原来的值V
    5. index位置有元素切对象不同，则hashCode发生碰撞，HashMap通过单链表解决，

  • 取

    通过key的hash值找到table数组中的索引处的Entry,然后返回该key对应的value即可

    public V get(Object key) {
      // 若为null，调用getForNullKey方法返回相对应的value
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        // 根据该 key 的 hashCode 值计算它的 hash 码  
        int hash = hash(key.hashCode());
        // 取出 table 数组中指定索引处的值
        for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //若搜索的key与查找的key相同，则返回相对应的value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }
    

• Java7和Java8的区别？

  1.7 头插法

  1.8 尾插法

• 为啥会线程不安全？

  上面有

• 有什么线程安全的类代替么?

  线程安全：ConcurrentHashMap，HashTable

线程不安全:HashMap

• 默认初始化大小是多少？为啥是这么多？为啥大小都是2的幂？

  16 均匀分布

• HashMap的扩容方式？负载因子是多少？为什是这么多？

• HashMap的主要参数都有哪些？

  K,V,指向下一节点的next，hash值

• HashMap是怎么处理hash碰撞的？

  **碰撞：**hashCode如果相等则有冲突，对于这种情况叫碰撞

• hash的计算规则？

• index = HashCode（Key）&(length-1)