【面试大纲】Java集合-HashMap

声明:以下内容纯属个人理解,有不正确之处请积极指正!

HashMap

底层是什么结构?

HashMap底层是数组+链表+红黑树,红黑树是在JDK1.8的时候引入的,引入红黑树的目的是为了优化过长的链表,也就是说1.7之前的结构都是数组+链表

初始化参数有哪些?

默认初始容量 DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
默认加载因子 DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75;
阈值 threshold =0;
树化阈值 TREEIFY_THRESHOLD = 8;
取消树化阈值 UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

扩容机制是怎样的?

扩容主要取决于调用哪个构造函数!(下文容量就是指数组的长度)

  • 使用 new HashMap() 来创建实例,即没有指定数组的初始容量,此时数组还是 null,那么当第一次执行put(K key, V value) 方法添加元素时会初始化数组的容量为默认初始容量16,同时阈值 threshold = 16 * 0.75 = 12。当数组的第13个位置添加了元素(当前数组已经有13个位置是非空,不是指数组的下标),此时数组的元素个数 size 还是12(这里还没有+1),然后判断 ++size>threshold(13>12)成立,触发扩容,将数组的容量设置为原容量的2倍,阈值设置为原阈值的2倍,即此时 数组.length = 32,threshold = 24。
  • 使用 new HashMap(int initialCapacity) 来创建实例,则设置加载因子 loadFactor = 0.75,设置阈值 threshold 为大于 initialCapacity 并且是2的幂次方的数,比如 initialCapacity = 20,则 threshold = 25 = 32(源码中是通过移位和或运算实现的,具体实现在 tableSizeFor(int cap) 方法);那么当第一次执行put(K key, V value) 方法添加元素时会初始化数组的容量为 threshold 的值,所以当显示指定数组的容量时,底层并不会按照你指定的容量来初始化数组,而是将数组的容量初始化为大于指定值并且是2的幂次方的值。然后当数组的第 25 个位置添加了元素(当前数组已经有25个位置是非空,不是指数组的下标),此时数组的元素个数 size 还是24(这里还没有+1),然后判断 ++size>threshold(25>24)成立,触发扩容,将数组的容量设置为原容量的2倍,阈值设置为原阈值的2倍,即此时 数组.length = 64,threshold = 48。

上面就是 HashMap 常用的两种创建方式并且相应的扩容方式,对照源码可能会更容易理解。

是否线程安全?

非线程安全!
若要使用线程安全Map的可以考虑使用 Collections.synchronizedMap() 或 ConcurrentHashMap。

如何保证hash散列?或者说如何避免hash碰撞?

(1). 首先要找到元素存储在数组中的位置
找到数组的位置是通过一个简单的计算,即tab[i = (n - 1) & hash],等价于根据hash函数计算出的 hash 值对数组的长度也就是 length 取余,但取余的计算效率没有位运算高,所以(n - 1) & hash也算是神来之笔,一个小的优化吧!

(2). 其次就是上面提到的hash函数,通过对 key 进行两次hash运算,增加hash复杂度。

  • 第一次:先计算 h = key.hashCode() ;
  • 第二次:计算 h ^ (h >>> 16),这里右移16位的意义何在?因为 h 这里是int类型,int在java中占4个字节,每个字节是8位,也就是32位,前16位为高位,后16位为低位,计算余数时(紧跟第(1)步),由于 n 比较小,hash 只有低16位参与了计算,高位的计算可以认为是无效的。这样导致了计算结果只与低位信息有关,高位数据没发挥作用。为了处理这个缺陷,我们可以让 hash 的高16位数据与低16位数据进行异或运算,即 hash ^ (hash >>> 16)。通过这种方式,让高位数据与低位数据进行异或,以此加大低位信息的随机性,变相的让高位数据参与到计算中。

使用场景有哪些?

需要存储 键值对 key-value 类型数据时适用。

使用时要注意什么?

重写equals和hashCode方法!!!
当我们用HashMap存入自定义的类时,如果不重写这个自定义类的equals和hashCode方法,得到的结果会和我们预期的不一样。当然了,这里主要指的是HashMap的key部分!

对于HashMap,一般面试能说出这些应该也差不多了,如果是高级面试,对于红黑树以及HashMap的更详细实现要是能跟面试官侃侃而谈当然是最好不过了!

常用Map类的不同?

Map中常用的有 HashMap、LinkedHashMap、TreeMap。

  • HashMap
    底层是数组+链表+红黑树结构;

  • LinkedHashMap
    它是继承自HashMap的,也就是说基本和HashMap类似,唯一的不同点就是它的底层是数组+双向链表+红黑树,引入双向链表的目的是保证你插入map的元素的顺序和你遍历出来的元素的顺序是一致的,这一点HashMap并没有保证!

  • TreeMap
    它的底层是红黑树结构的;
    遍历得到的元素是升序排列的。

上面小结的也只是我目前了解的一些,如果想要了解更多,可以参考下面的几篇博文,写的很棒,分析的也很透彻!
参考:

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