java每日面试题一练 ---- HashMap篇（1）

谁践踏了优雅 2023-10-01 17:08 76阅读 0赞

HashMap底层原理参考链接：[https://blog.csdn.net/weixin\_51201930/article/details/122716035][https_blog.csdn.net_weixin_51201930_article_details_122716035]  
原文链接：  
[https://blog.csdn.net/QGhurt/article/details/107323702][https_blog.csdn.net_QGhurt_article_details_107323702]

#### 练习题目录 ####

*  1、HashMap的数据结构?
 *   *  2、HashMap的工作原理?
     *  3、当两个对象的hashCode相同会发生什么?
     *  4、你知道hash的实现吗?为什么要这样实现?
     *  5、为什么要用异或运算符?
     *  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?
     *  7、HashMap中put方法的过程?
     *  8、数组扩容的过程?
     *  9、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?
     *  10、说说你对红黑树的见解?
     *  11、jdk8中对HashMap做了哪些改变?

## 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

### 2、HashMap的工作原理? ###

HashMap底层是hash数组和单向链表实现,数组中的每个元素都是链表,由Node内部类(实现Map.Entry<K,V>接口)实现,HashMap通过put&get方法存储和获取。

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)。

> (JDK1.7之前使用头插法、JDK1.8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。

### 3、当两个对象的hashCode相同会发生什么? ###

因为hashCode相同,不一定就是相等的(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。

### 4、你知道hash的实现吗?为什么要这样实现? ###

JDK1.8中,是通过hashCode()的高16位异或低16位实现的:(h=k.hashCode())^(h>>>16),主要是从速度,功效和质量来考虑的,减少系统的开销,也不会造成因为高位没有参与下标的计算,从而引起的碰撞。

计算过程如下所示：  
![在这里插入图片描述][d5a27bbb6db84aaea5126fff246881f3.png_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA44CM5Yaw6a2C44CN_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
说明：

*  key.hashCode()；返回散列值也就是hashcode，假设随便生成的一个值。
 *  n表示数组初始化的长度是16。
 *  &（按位与运算）：运算规则：相同的二进制数位上，都是1的时候，结果为1，否则为零。
 *  ^（按位异或运算）：运算规则：相同的二进制数位上，数字相同，结果为0，不同为1。  
    ![在这里插入图片描述][d1b5dfc8b1b74797a02ae2ed454dd120.png_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA44CM5Yaw6a2C44CN_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

简单来说就是：

高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或（得到的hashCode转化为32位二进制，前16位和后16位低16bit和高16bit做了一个异或）

**问题：为什么要这样操作呢？**

如果当n即数组长度很小，假设是16的话，那么n - 1即为1111 ，这样的值和hashCode直接做按位与操作，实际上只使用了哈希值的后4位。如果当哈希值的高位变化很大，低位变化很小，这样就很容易造成哈希冲突了，所以这里把高低位都利用起来，从而解决了这个问题。

### 5、为什么要用异或运算符? ###

保证了对象的hashCode的32位值只要有一位发生改变,整个hash()返回值就会改变。尽可能的减少碰撞。

### 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? ###

*  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中put方法的过程? ###

*  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(TREEIFYTHRESHOLD==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。  
    ![在这里插入图片描述][3a67112c90dc4908a1649af5a2d5a86a.png_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA44CM5Yaw6a2C44CN_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

### 8、数组扩容的过程? ###

创建一个新的数组,其容量为旧数组的两倍,并重新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。

什么时候才需要扩容

当HashMap中的元素个数超过数组大小(数组长度)\*loadFactor(负载因子)时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值(DEFAULT\_LOAD\_FACTOR)是0.75,这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当HashMap中的元素个数超过16×0.75=12(这个值就是阈值或者边界值threshold值)的时候，就把数组的大小扩展为2×16=32，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常耗性能的操作，所以如果我们已经预知HashMap中元素的个数，那么预知元素的个数能够有效的提高HashMap的性能。

补充：

当HashMap中的其中一个链表的对象个数如果达到了8个，此时如果数组长度没有达到64，那么HashMap会先扩容解决，如果已经达到了64，那么这个链表会变成红黑树，结点类型由Node变成TreeNode类型。当然，如果映射关系被移除后，下次执行resize方法时判断树的结点个数低于6，也会再把树转换为链表。

HashMap的扩容是什么

进行扩容，会伴随着一次重新hash分配，并且会遍历hash表中所有的元素，是非常耗时的。在编写程序中，要尽量避免resize。

HashMap在进行扩容时，使用的rehash方式非常巧妙，因为每次扩容都是翻倍，与原来计算的 (n-1)&hash的结果相比，只是多了一个bit位，所以结点要么就在原来的位置，要么就被分配到"原位置+旧容量"这个位置。  
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### 9、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? ###

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。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,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。  
![在这里插入图片描述][021b59fde4054afda82bd4f075893f3f.png_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA44CM5Yaw6a2C44CN_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

### 10、说说你对红黑树的见解? ###

1、每个节点非红即黑

2、根节点总是黑色的

3、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)

4、每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL节点)

5、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)

### 11、jdk8中对HashMap做了哪些改变? ###

*  在java1.8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,java1.7会在链表的头部插入,而java1.8会在链表的尾部插入
 *  在java1.8中,Entry被Node替代(换了一个马甲)。

[https_blog.csdn.net_weixin_51201930_article_details_122716035]: https://blog.csdn.net/weixin_51201930/article/details/122716035
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