【JAVA高薪之路 面试题精选】Map类面试题

知识结构及题目分析

​ 一般而言，Map 的面试题可分为四类：

1、HashMap 的数据结构，面试官考察的是对 Map 内部的存储结构了解；

2、HashMap 的增删查改操作，面试官考察的是对 map 内部操作流程的熟悉程度，既要知其然，还要知其所以然；

3、HashMap 的的应用，面试官考察的是灵活运用 HashMap 的能力；

4、其他 Map 类面试题，面试官考察的是系统掌握 Map 类的能力。

典型例题及思路分析

问题 1："那你知道 HashMap 内部的数据结构吗？"

参考答案：

​ 各个版本的实现略有不同。JDK1.7 及以前的 HashMap 采用数组 + 链表的结构来存储数据； JDK8 中的 HashMap 采用了数组 + 链表+红黑树来存储数据。

问题 2："Hashmap的内部结构，1.7和1.8有哪些区别？”

参考答案：
（1）JDK1.7用的是头插法，而JDK1.8及之后使用的都是尾插法，那么他们为什么要这样做呢？因为JDK1.7是用单链表进行的纵向延伸，当采用头插法时会容易出现逆序且环形链表死循环问题。但是在JDK1.8之后是因为加入了红黑树使用尾插法，能够避免出现逆序且链表死循环的问题。具体可参考：https://coolshell.cn/articles/9606.html

（2）扩容后数据存储位置的计算方式也不一样：
在JDK1.7的时候是直接用hash值和需要扩容的二进制数进行&（这里就是为什么扩容的时候为啥一定必须是2的多少次幂的原因所在，因为如果只有2的n次幂的情况时最后一位二进制数才一定是1，这样能最大程度减少hash碰撞）（hash值 & length-1）

而在JDK1.8的时候直接用了JDK1.7的时候计算的规律，也就是扩容前的原始位置+扩容的大小值=JDK1.8的计算方式，而不再是JDK1.7的那种异或的方法。但是这种方式就相当于只需要判断Hash值的新增参与运算的位是0还是1就直接迅速计算出了扩容后的储存方式。
具体流程：https://blog.csdn.net/qq_36520235/article/details/82417949
（3）JDK1.7的时候使用的是数组+ 单链表的数据结构。但是在JDK1.8及之后时，使用的是数组+链表+红黑树的数据结构（当链表的深度达到8的时候，也就是默认阈值，就会自动扩容把链表转成红黑树的数据结构来把时间复杂度从O（n）变成O（logN）提高了效率）

问题 3：“HashMap 的存储数据的过程是什么样的？”

参考答案：
不同的 JDK 版本版本的存储过程略有差异。在 JDK1.8 中，HashMap 存储数据的过程可以分为以下几步：

1. 通过 key 的 hashCode ()经过扰动函数处理过后得到 hash 值;

2. 对当前数组是否为NULL做判断，若为空，则进行容量初始化，初始容量为16

3. 若不为空，通过 (n - 1) & hash 计算对应数组索引，如果 hash 计算后没有碰撞，直接放到对应数组下标里；

4. 若 hash 计算后发生碰撞且Key已经存在，则覆盖原来的value；

5. 若 hash 计算后发生碰撞且节点已经是红黑树，则直接插入红黑树。

6 . 若hash 计算后发生碰撞且节点是链表结构，遍历链表，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；

. 插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大键值对容量threshold，如果超过，进行扩容。
而在 1.7 的版本中，5/6 是合在一起的，即如果发生哈希碰撞且节点是链表结构，则放在链表头

问题 4："如果 hashCode 相同，如何获取对象呢？"
参考答案：

​ hashCode 相同，说明这些对象的数据都在同一个数组下标对应的链表或者树上。get 方法的签名是 V get (Object key) ，入参只有一个 key，因此通过遍链表或者树，取出每一个节点对比 hash 值是否相等且 key 是否相等 (= 或者 equals)。

问题 5：HashMap 和 HashTable 有什么区别？
参考答案：
1.HashMap 是线程不安全的，HashTable 是线程安全的。
2.HashMap 的键需要重新计算对象的 hash 值，而 HashTable 直接使用对象的 hashCode。
3.HashMap 的值和键都可以为 null，HashTable 的值和键都不能为 null。
4.HashMap 的数组的默认初始化大小为 16，HashTable 为 11；HashMap 扩容时会扩大两倍，HashTable 扩大两倍 + 1.

问题6：HashMap 的长度为什么是2的幂次方？

参考答案：
为了能让 HashMap 存取高效，尽量较少碰撞，也就是要尽量把数据分配均匀，我们首先可能会想到采用%取余的操作来实现。但是，重点来了：“取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作（也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方；）。” 并且 采用二进制位操作 &，相对于%能够提高运算效率，这就解释了 HashMap 的长度为什么是2的幂次方

问题7：HashMap 初始容量设置为 10000 时，放入 10000 条数据是否需要扩容；如果初始容量设置为 1000 时，放入 1000 条数据是否需要扩容？

参考答案：
初始容量设置为10000时，hashMap会将容量调整至16384(2的n次方)，由于hashMap默认的加载因子为0.75，放入10000条数据时并没有达到需要扩容的阈值，所以不会扩容。 同理初始容量为1000时，hashMap会将容量调整到1024，当插入到第768条数据即到达扩容阈值，此时hashMap会进行扩容，容量为原先的两倍即2048

问题 8：“HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别？”

参考答案：
基础特性不同：

HashMap 的 key 和 value 可以为 null，ConcurrentHashMap 的 key 和 value 不能为 nul

内部数据结构不同：

HashMap 在 JDK1.7 中采用的数据结构是数组 + 链表，在 JDK1.8 中采用的数据结构是数组 + 链表 + 红黑二叉树；

ConcurrentHashMap 在 JDK1.7 中采用的数据结构是分段的数组 + 链表，JDK1.8 的内部数据结构采用的数据结构是数组 + 链表 +红黑二叉树（同 HashMap 一致）。

图 1 JDK1.7 中 ConcurrentHashMap 的结构

图 2 JDK1.8 中 ConcurrentHashMap 的结构
线程安全不同：

HashMap 是非线程安全的；
ConcurrentHashMap 是线程安全的

问题9：ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别？

底层数据结构上： JDK1.7的 ConcurrentHashMap 底层采用 分段的数组+链表 实现，JDK1.8 采用的数据结构跟HashMap1.8的结构一样，数组+链表+红黑二叉树。Hashtable 和 JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用 数组+链表 的形式，数组是 HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的

实现线程安全的方式（重要）：
① 在JDK1.7的时候，ConcurrentHashMap（分段锁） 对整个桶数组进行了分割分段(Segment)，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了Segment的概念，而是直接用 Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用 synchronized 和 CAS 来操作。（JDK1.6以后 对 synchronized锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap，虽然在JDK1.8中还能看到 Segment 的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；
② Hashtable(同一把锁) :使用 synchronized 来保证线程安全，效率非常低下。当一个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使用 put 添加元素，另一个线程不能使用 put 添加元素，也不能使用 get，竞争会越来越激烈效率越低。

问题10：ConcurrentHashMap的put方法怎样实现？
参考答案：
不同的版本put方法实现不同。
JDK1.7：当执行put方法插入数据时，根据key的hash值，在Segment数组中找到相应的位置，如果相应位置的Segment还未初始化，则通过CAS进行赋值，接着执行Segment对象的put方法通过加锁机制插入数据，实现如下：

场景：线程A和线程B同时执行相同Segment对象的put方法

1、线程A执行tryLock()方法成功获取锁，则把HashEntry对象插入到相应的位置；
2、线程B获取锁失败，则执行scanAndLockForPut()方法，在scanAndLockForPut方法中，会通过重复执行tryLock()方法尝试获取锁，在多处理器环境下，重复次数为64，单处理器重复次数为1，当执行tryLock()方法的次数超过上限时，则执行lock()方法挂起线程B；
3、当线程A执行完插入操作时，会通过unlock()方法释放锁，接着唤醒线程B继续执行；

JDK1.8：
1.key或value是否为空，是的话，抛异常new NullPointerException();
2.table是否为空或length==0；是的话，初始化table；
3.根据key算出的hash值，从table中拿出table[hash]值，为空则添加，否则判断此值的hash值，如果table[hash].hash=-1，说明此时有线程扩容此链表，你需要去帮忙扩容。
4.table[hash].hash>=0，锁住table[hash]，表示锁住此索引的所有链表或红黑树。判断是key是否重复，重复的话就更新value，判断是不是红黑树，是的话树插入，否者链表尾插入法，更新。
5.最后，插入后判断链表的节点数是否大于8，是的话，转换为红黑树，
6.最后判断concurrentHashMap容量，大于扩容值，就进行扩容。
参考链接：https://www.jianshu.com/p/e694f1e868ec