经典的HashMap面试点及底层原理(看这一篇就够了)

HashMap

Java 7 中 HashMap

使用的是数组 + 单向链表

• 获取数据的 hashCode 时用了一堆的异或

• Java 7 是数据结构中哈希表非常平铺直叙的实现(后面会对HashTable做一个简单的介绍)

• 潜在的安全隐患

• 使用的是头插法(后面会讲到两种插入法的区别)

• 非线程安全

• 潜在的安全隐患（Tomcat 邮件组发布）：

Tomcat 中可以利用http发送 成千上万个哈希值一样的数据，形成了一个长度非常恐怖的链表，造成服务器性能下降

临时解决方法：通过设定 http 请求参数限制 ;

• 非常容易碰到死锁(环形链表)：造成你的线上系统 CPU 百分百，当你查看每个线程栈的时候，你会发现 hashMap 的 get() 一直在死循环：

这也是程序员自己的锅，在 java 7 中，由于链表是头插法，HashMap 进行扩容时，重新计算hash值，链表节点发生变化，有些节点哈希到了新的地方，顺序反了，多线程环境下，查找线程 get() 发现都不是，形成了环，造成CPU百分百


后面的就不放上来了，为什么会形成死锁(环形链表)具体参考:

https://coolshell.cn/articles/9606.html

JDK 1.8 之后

• 源码比jdk 1.7 膨胀了将近一倍:

因为它在里面自己实现了一个 TreeMap(将链表转换为红黑树)

• 使用的是数组 + 单向链表 + 二叉树
• 使用的是尾插法(后面会讲到两种插入法的区别)
• 非线程安全

链表转化为二叉树的前提条件为:

• 当集合的总长度大于64，才有如果链表的长度大于 8 ，这时才转换为二叉树
• 如果二叉树中的内容长度小于 6 ，转换回链表

面试考点：

1、HashMap初始化时存放的对象 hashCode 值时很大的，而 HashMap 的初始长度是很小的(size = 16)，它是怎么进行存储的呢?

很多人对HashMap中元素存放时到底是按哈希值 % 数组的长度 == 得到的就是数组的下标还是使用 hash & (length - 1) 很模糊 ，下面进行解答:

答案是使用的是:    hash  &  (length - 1)

原因：

如果 用 hash % 数组长度有以下缺点：

• 哈希值取值区间为 java 中的 int (2 的 -31次幂 ~ 2 的 31 次幂)，当哈希值为负数时还需要转换为整数
• 较慢( 取余的本质就是不断进行除法)

hash & (length - 1)

& ： 按位与

因为 2 的 n 次幂 - 1 转换为二进制都是 1111. . . .等等

如 1010 转化为十进制为 10

2、链表长度为什么一定要到 8 才转化为红黑树呢?

因为它符合 泊松分布，链表超过 8 的时候概率就已经非常小了

什么是 泊松分布 ?

• Poisson分布，是一种统计与概率学里常见到的离散概率分布(详细点击超链接)

3、负载因子为什么一定时 0.75 呢?

在HashMap源码中注释提到了:

一般来说，默认的负载因子在时间和空间复杂度上提供了一个很好的折中，如果负载因子高的话虽然减少了空间的浪费，但是增加了查找的消耗

4、HashMap 的数组大小为什么一定要是 2 的幂?

只有它的长度是 2 的 n 次方的时候，我们对它减一操作才能拿到全部为 1 的值，这样对它进行按位与就能够非常快速的用位运算拿到数组的下标，并且它的分布还是均匀的

按位与比取余快很多，采用按位与运算来提高效率，这就是为什么桶的个数要是2的整数次幂

说白了就是效率高、速度快！

5、HashMap中初始化元素是多少个？

首先这个问题你要知道HashMap 在创建出来时并不会初始化 16 个哈希桶，而是调用 put() 方法添加数据时才会创建;

6、什么时候会触发扩容？

很多人在这个问题上会掉进陷阱里。我会这样问，是数组中占用位置个数大于扩容因子的时候还是HashMap元素总数大于扩容因子的时候需要扩容？

如果对HashMap理解不透彻，这里很容易就答错了。这里HashMap中元素总个数达到阈值时就会扩容。很多人可能会疑问，为什么是总个数，而不是数组占用个数呢？

想象一下这个情况：假设有12个元素都落到了数组的同一个位置（当然现实情况这种机率非常非常小，几乎没有），数组只占用了一个位置， 那么为什么要扩容呢，还有那么多位置没用呢? 其实这里之所以要扩容，是有一个隐含的逻辑，如果元素总个数大于阈值，而数组占用位置没达到阈值，说明这些元素在当前长度下，分布是“不均匀”的，扩容是为了让其分布“更均匀”。

7、当我们元素hash碰撞过多导致的链表过深，为什么不用二叉查找树代替而选择红黑树？为什么不一直使用红黑树？

之所以选择红黑树是为了解决二叉查找树的缺陷：二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构（这就跟原来使用链表结构一样了，造成层次很深的问题），遍历查找会非常慢。而红黑树在插入新数据后可能需要通过左旋、右旋、变色这些操作来保持平衡。引入红黑树就是为了查找数据快，解决链表查询深度的问题。我们知道红黑树属于平衡二叉树，为了保持“平衡”是需要付出代价的，但是该代价所损耗的资源要比遍历线性链表要少。所以当长度大于8的时候，会使用红黑树；如果链表长度很短的话，根本不需要引入红黑树，引入反而会慢。

8、resize 之后高位和低位的分配？

• 要么跟原来的索引值相等
• 要么就是在原来的 hashCode(如1111：15) 的高位上加1(11111：31)

最后介绍下什么是哈希表及Java 8 HashMap其他改进：

哈希表简介

• 核心是基于哈希值和桶和链表
• O(1) 的平均查找、插入、删除时间
• 致命缺陷是哈希值的碰撞(collision)
• 默认容量：11（质数为宜）
• 对修改 Hashtable 内部共享数据的方法添加了 synchronized 关键字，保证线程安全

哈希桶的 时间复杂度O(1) 和数据规模无关(也就是不管你哈希桶有多少个，我查询一个元素永远都只需要查询一次)

Java 8 HashMap的改进

• 数组 + 链表/红黑树
• 扩容时插入顺序的改进
• 函数方法
  • forEach
  • compute系列
• Map的新API
  • merge
  • replace

总结

这篇文章只是对常见问题的一些总结，面试官可能还会继续问，HashMap是不是线程安全的呀，为什么不是线程安全的呀，在什么情况下会发生死锁呀，哪个结构是线程安全的呀等等问题，这就涉及到操作系统层面线程，死锁的考察了。

后面我会对 concurrentHashMap 进行详细介绍，最后祝大家找到一份满意的工作！！