面试之HashMap夺命连环Call
1. HashMap 的数据结构？
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。
transient Node<K,V>\[\] table;
2. 说一下对hash算法的理解？
Hash算法：将任意数据转换为一个指定大小范围的数据，通常256字节以内，且相同的数据得到的hash值相同， 通常使用为MD5、 快速索引查找，HashMap等
3. HashMap工作原理
HashMap 基于 hashing 原理，我们通过 put() 和 get() 方法储存和获取对象。
当我们将键 值对传递给 put() 方法时，它调用键对象的 hashCode() 方法来计算 hashcode，通过与数组的大小取余，然后找到 数组(bucket )位置来储存 Entry 对象。
当两个对象的 hashcode 相同时，它们的 bucket 位置相 同，‘碰撞’会发生。因为 HashMap 使用链表存储对象，这个 Entry 会存储在链表中
当获 取对象时，通过键对象的 equals() 方法找到正确的键值对，然后返回值对象
-
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 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）或者红黑树中（树的添加方式）。
（JDK 1.7 之前使用头插法、JDK 1.8 使用尾插法）（注意：当碰撞导致链表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 时，就把链表转换成红黑树）
-
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
4. 当两个对象的 hashCode 相同会发生什么？
发生hash碰撞，因为 hashCode 相同，则与数组的大小取余后，得到的索引是相同，所以会放生hash碰撞，不一定就是相等的（会继续通过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。
这就是为什么一般我们会重写hash算法和equals方法原因
5. HashMap中put方法的过程？
首先调用哈希函数获取Key对应的hash值，再计算其数组下标；
如果没有出现哈希冲突，则直接放入数组；如果出现哈希冲突，则以链表的方式放在链表后面；
如果链表长度超过阀值( 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;
如果结点的key已经存在，则替换其value即可；
如果集合中的键值对大于12，调用resize方法进行数组扩容。”
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？
创建一个新的数组，其容量为旧数组的两倍，并重新通过hash算法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+旧数组的大小。
①、table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的，默认是16，也可以构造时传入，最大限制是1<<30；
②、loadFactor 是装载因子，主要目的是用来确认table 数组是否需要动态扩展，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 & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景？
一般情况下，使用最多的是 HashMap。
-
HashMap：在 Map 中插入、删除和定位元素时；
-
TreeMap：在需要按自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下；
-
LinkedHashMap：在需要输出的顺序和输入的顺序相同的情况下。
8. HashMap 和 HashTable 有什么区别？
HashMap 是非 synchronized 的，性能更好，HashMap 可以接受为 null 的 key-value，而 Hashtable 是线程安全的，比 HashMap 要慢，不接受 null 的 key-value。
- HashMap.java
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
···
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
···
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
···
}
- HashTable.java
public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
···
public synchronized V put(K key, V value) {
// Make sure the value is not null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
···
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}
···
public synchronized V get(Object key) {
HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (HashtableEntry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return (V)e.value;
}
}
return null;
}
···
}
- HashMap 是线程不安全的，HashTable 是线程安全的；
- 由于线程安全，所以 HashTable 的效率比不上 HashMap；
- 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；
- 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；
- HashMap 需要重新计算 hash 值，而 HashTable 直接使用对象的 hashCode
9. 为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高？
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
JDK 1.7 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。
10. 为什么 String,Interger 这样的 wrapper 类适合作为键?
因为 String 是不可变的，也是 final 的，而且已经重写了 equals() 和 hashCode() 方法了。
其他的 wrapper 类也有这个特点。不可变性是必要的，因为为了要计算 hashCode()，就要 防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的 hashcode 的话，那么就不能从 HashMap 中找到你想要的对象。
不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过 将某个 field 声明成 final 就能保证 hashCode 是不变的，那么请这么做吧。因为获取对象 的时候要用到 equals() 和 hashCode() 方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要 的。
如果两个不相等的对象返回不同的 hashcode 的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就 能提高 HashMap 的性能。
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 SortMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序（默认按键值升序排序，也可以指定排序的比较器）
12. 拉链法导致的链表过深问题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大于8才转化为红黑树？
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，造成很深的问题），遍历查找会非常慢。
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，但是为了保持“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。
通过时间复杂度分析：
-
红黑树的平均查找长度，也就是时间复杂度是log(n)，长度为8，查找长度为log(8)=3，因为2的3次方是8
-
链表的平均查找长度为n/2，当长度为8时，平均查找长度为8/2=4，这才有转换成树的必要，因为log(8)比8/2小，用树结构需要的查找步数更少；链表长度如果是小于等于6，6/2=3，2
所以权衡考虑最终选择8是从时间复杂度考虑的结果，从8开始用树效率更好
13. 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）
14. JDK8中对HashMap做了哪些改变？
在java 1.8中，如果链表的长度超过了8，那么链表将转换为红黑树。（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，java 1.7 会在链表的头部插入，而java 1.8会在链表的尾部插入
在java 1.8中，Entry被Node替代(换了一个马甲。
15. HashMap与ConcurrentHashMap的区别
因为HashTable虽然线程安全，但是在多并发下效率低下，因为只要一个操作就会把整个Map都锁住，所以出现了ConCurrentHashMap这个ConcurrentHashMap在最外层不是一个大的数组，而是若干个Segment的数组，Segment继承了ReentrantLock，所以它就是一种可重入ReentrantLock
包含一个与HashMap数据接口差不多的链表数组，先是通过hash算法，然后选择不同的Segment数组，然后是根据数组链表进行存储，主要解决并发问题，
总结
相信到这里，应付面试分分钟搞定了，但是为了提升自身能力，还是通过查看源码，并在实际项目中加之以运用才能熟能生巧。