面试中必会的Java基础(一）

Java是面向对象编程

所以第一就是面向对象编程的特点是什么？

面向对象编程

• 类与对象：掌握类的定义、成员变量和成员方法的声明与使用，以及如何通过类创建对象。理解对象的生命周期，包括创建、使用和销毁。
• 封装：明白封装的概念，即把数据和操作数据的方法封装在一个类中，通过访问修饰符（public、private、protected 等）来控制对类成员的访问。
• 继承：理解继承的概念和作用，掌握通过 extends 关键字实现类的继承，了解继承中的构造函数调用顺序、方法重写的规则以及 super 关键字的使用。
• 多态：多态是 Java 面向对象编程的重要特性，包括方法重载和方法重写。能够理解多态的实现原理，以及在实际编程中的应用场景，如通过接口实现不同类的多态行为。

第二Android面试最高频的问Java的HashMap的原理以及扩展

 首先HashMap的原理：

• 数据结构
  • 数组 + 链表 / 红黑树：HashMap 底层是由数组和链表或红黑树组成的。数组的每个元素是一个链表或红黑树的头节点，这种结构也被称为 “桶”。当有新的键值对要插入时，会根据键的哈希值计算出在数组中的索引位置，然后将键值对插入到对应的链表或红黑树中。
• 哈希算法
  • 计算哈希值：首先会调用键对象的hashCode()方法得到一个哈希值，这个哈希值是一个 32 位的整数。为了让哈希值更均匀地分布在数组中，还会进行一些扰动处理，以减少哈希冲突的概率。
  • 确定数组索引：通过对哈希值进行取模运算（在实际实现中通常使用位运算来提高效率），得到该键值对应该存储在数组中的索引位置。即index = hash & (table.length - 1)，其中hash是经过处理后的哈希值，table.length是数组的长度，并且数组长度通常是 2 的幂次方，这样可以保证取模运算的结果均匀分布。

怎么操作HashMap呢？

• 插入操作
  • 无哈希冲突：当计算出的索引位置对应的数组元素为空时，直接将键值对插入到该位置，形成一个新的链表节点或红黑树节点。
  • 有哈希冲突：当计算出的索引位置已经有元素存在时，就发生了哈希冲突。此时，新的键值对会以链表节点的形式插入到该位置的链表末尾（在 Java 7 及之前），或者在 Java 8 及之后，当链表长度达到一定阈值（默认为 8）时，链表会转化为红黑树，以提高查找效率。
• 查找操作
  • 计算索引：首先根据要查找的键的哈希值计算出在数组中的索引位置。
  • 遍历链表或红黑树：如果该索引位置的桶中存储的是链表，则需要遍历链表，逐个比较节点的键是否与要查找的键相等；如果是红黑树，则按照红黑树的查找算法进行查找，直到找到匹配的键或确定不存在为止。

下列我将展示代码来讲解

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建一个 HashMap 实例，键的类型为 String，值的类型为 Integer
        Map hashMap = new HashMap<>();

        // 2. 插入键值对
        hashMap.put("apple", 1);
        hashMap.put("banana", 2);
        hashMap.put("cherry", 3);

        // 3. 查找键对应的值
        Integer value = hashMap.get("banana");
        System.out.println("The value of 'banana' is: " + value);

        // 4. 检查键是否存在
        boolean containsKey = hashMap.containsKey("apple");
        System.out.println("Does HashMap contain 'apple'? " + containsKey);

        // 5. 遍历 HashMap
        System.out.println("All key-value pairs in the HashMap:");
        for (Map.Entry entry : hashMap.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());
        }

        // 6. 删除键值对
        hashMap.remove("cherry");
        System.out.println("After removing 'cherry':");
        for (Map.Entry entry : hashMap.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + " -> " + entry.getValue());
        }
    }
}

其中我们可以发现上述没提及的负载因子与扩容机制

创建一个初始容量为 4，负载因子为 0.5 的 HashMap。当插入 3 个元素后，负载为 3/4 > 0.5（负载因子），会触发扩容操作。扩容后数组长度变为原来的 2 倍（即 8），然后重新计算每个键值对在新数组中的索引并进行迁移。

之后我们将HashMap与其他Map比较

• 与 Hashtable 比较

  Hashtable hashtable = new Hashtable<>();
  // hashtable.put(null, 1); // 会抛出 NullPointerException，Hashtable 不允许键为 null
  // hashtable.put("key", null); // 会抛出 NullPointerException，Hashtable 不允许值为 null
  HashMap hashMap = new HashMap<>();
  hashMap.put(null, 1);
  hashMap.put("key", null);

Hashtable 是线程安全的，不允许键或值为 null；而 HashMap 是非线程安全的，允许键和值为 null

• 与 TreeMap 比较

TreeMap treeMap = new TreeMap<>();
treeMap.put("banana", 2);
treeMap.put("apple", 1);
treeMap.put("cherry", 3);
System.out.println("TreeMap sorts keys: " + treeMap);

  TreeMap 基于红黑树实现，会对键进行排序；而 HashMap 是根据哈希值存储和查找键值对，不保证键的顺序。TreeMap 的查找、插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)，HashMap 在没有哈希冲突的情况下，这些操作的时间复杂度为 O(1)。

最后做个总结

1. 原理
   • 数据结构：底层采用数组 + 链表 / 红黑树的结构，数组元素作为链表或红黑树的头节点（桶），键值对依键的哈希值确定在数组中的索引位置后插入。
   • 哈希算法：先调用键对象的 hashCode() 方法获 32 位整数哈希值，经扰动处理让哈希值更均匀分布，再通过位运算（index = hash & (table.length - 1)，数组长度通常为 2 的幂次方）确定数组索引。
   • 插入操作：无哈希冲突时，直接插入键值对；有哈希冲突时，Java 7 及之前新键值对插入链表末尾，Java 8 及之后链表长度达 8 则转化为红黑树。
   • 查找操作：先依键的哈希值计算数组索引，若索引处为链表，遍历链表比较键；若为红黑树，按红黑树查找算法查找。
2. 扩展
   • 负载因子：衡量元素填充程度，等于元素数量除以数组长度，默认 0.75，元素数量达 数组长度 * 负载因子 时触发扩容，是时间和空间效率的平衡值。
   • 扩容机制：元素数量达阈值（数组长度 * 负载因子）时扩容，新数组长度为原来 2 倍，需重新计算键值对在新数组的索引位置并迁移。
   • 与其他 Map 比较
     • Hashtable：线程安全，不允许键或值为 null；HashMap 非线程安全，允许键和值为 null。
     • TreeMap：基于红黑树，可对键排序，查找、插入和删除操作时间复杂度为 O(log n)；HashMap 依哈希值存储查找，不保证键顺序，无哈希冲突时操作时间复杂度为 O(1)。

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