Java面经整理---HashMap
Posted 青梅竹码
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java面经整理---HashMap相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1.1 HashMap特性？
HashMap的特性：HashMap存储键值对，实现快速存取数据；允许null键/值；非同步；不保证有序(比如插入的顺序)。实现map接口。
1.2 HashMap的原理，内部数据结构？
HashMap是基于hashing的原理，底层使用哈希表（数组 + 链表）实现。里边最重要的两个方法put、get，使用put(key, value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。
存储对象时，我们将K/V传给put方法时，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，进一步存储，HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量(超过Load Facotr则resize为原来的2倍)。获取对象时，我们将K传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals()方法确定键值对。如果发生碰撞的时候，Hashmap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来，在Java 8中，如果一个bucket中碰撞冲突的元素超过某个限制(默认是8)，则使用红黑树来替换链表，从而提高速度。
1.3 讲一下 HashMap 中 put 方法过程？
1.对key的hashCode做hash操作，然后再计算在bucket中的index（1.5 HashMap的哈希函数）；
2.如果没碰撞直接放到bucket里；
3.如果碰撞了，以链表的形式存在buckets后；
4.如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)
5.如果bucket满了(超过阈值，阈值=loadfactor*current capacity，load factor（负载因子）默认0.75)，就要resize。
1.4 get()方法的工作原理？
通过对key的hashCode()进行hashing，并计算下标( n-1 & hash)，从而获得buckets的位置。如果产生碰撞，则利用key.equals()方法去链表中查找对应的节点。
1.5 HashMap中hash函数怎么是是实现的？还有哪些 hash 的实现方式？
1. 对key的hashCode做hash操作（高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或）；
2. h & (length-1); //通过位操作得到下标index。
还有数字分析法、平方取中法、分段叠加法、 除留余数法、 伪随机数法。
1.6 HashMap 怎样解决冲突？
1.6.1 扩展问题1：当两个对象的hashcode相同会发生什么？
因为两个对象的Hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，会发生“碰撞”。HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。
1.6.2 扩展问题2：抛开 HashMap，hash 冲突有那些解决办法？
1.7 如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
重点在于理解hashCode()与equals()。
通过对key的hashCode()进行hashing，并计算下标( n-1 & hash)，从而获得buckets的位置。两个键的hashcode相同会产生碰撞，则利用key.equals()方法去链表或树（java1.8）中去查找对应的节点。
1.8 针对 HashMap 中某个 Entry 链太长，查找的时间复杂度可能达到 O(n)，怎么优化？
将链表转为红黑树，实现 O(logn) 时间复杂度内查找。JDK1.8 已经实现了。
1.9 如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
扩容。这个过程也叫作rehashing，因为它重建内部数据结构，并调用hash方法找到新的bucket位置。
大致分两步：
1.扩容：容量扩充为原来的两倍（2 * table.length）；
2.移动：对每个节点重新计算哈希值，重新计算每个元素在数组中的位置，将原来的元素移动到新的哈希表中。
补充：
loadFactor：加载因子。默认值DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f；
capacity：容量；
threshold：阈值=capacity*loadFactor。
当HashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将HashMap的容量加倍（capacity*2）；
size：HashMap的大小，它是HashMap保存的键值对的数量。
1.10 为什么String, Interger这样的类适合作为键？
String, Interger这样的类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。
因为String对象是不可变的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。
1.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。
注：String的不可变性可以看这篇文章《【java基础】浅析String》。
2.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。
1.11、HashMap与HashTable区别
Hashtable可以看做是线程安全版的HashMap，两者几乎“等价”（当然还是有很多不同）。Hashtable几乎在每个方法上都加上synchronized（同步锁），实现线程安全。
1.HashMap继承于AbstractMap，而Hashtable继承于Dictionary；
2.线程安全不同。Hashtable的几乎所有函数都是同步的，即它是线程安全的，支持多线程。而HashMap的函数则是非同步的，它不是线程安全的。若要在多线程中使用HashMap，需要我们额外的进行同步处理；
3.null值。HashMap的key、value都可以为null。Hashtable的key、value都不可以为null；
4.迭代器(Iterator)。HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException。
5.容量的初始值和增加方式都不一样：HashMap默认的容量大小是16；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2”。Hashtable默认的容量大小是11；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2 + 1”；
6.添加key-value时的hash值算法不同：HashMap添加元素时，是使用自定义的哈希算法。Hashtable没有自定义哈希算法，而直接采用的key的hashCode()。
7.速度。由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
1.12 能否让HashMap同步？
HashMap可以通过下面的语句进行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);
1.13“你知道HashMap的工作原理吗？” “你知道HashMap的get()方法的工作原理吗？”
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，让后找到bucket位置来储存Entry对象。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。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。
这里关键点在于指出，HashMap是在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Entry。这一点有助于理解获取对象的逻辑。
1.14 什么是HashSet？
HashSet实现了Set接口，它不允许集合中有重复的值，当我们提到HashSet时，第一件事情就是在将对象存储在HashSet之前，要先确保对象重写equals()和hashCode()方法，这样才能比较对象的值是否相等，以确保set中没有储存相等的对象。如果我们没有重写这两个方法，将会使用这个方法的默认实现。
public boolean add(Object o)方法用来在Set中添加元素，当元素值重复时则会立即返回false，如果成功添加的话会返回true。
1.15“你用过HashMap吗？” “什么是HashMap？你为什么用到它？”
HashMap实现了Map接口，Map接口对键值对进行映射。Map中不允许重复的键。Map接口有两个基本的实现，HashMap和TreeMap。TreeMap保存了对象的排列次序，而HashMap则不能。HashMap存储的是键值对，允许键和值为null。HashMap是非synchronized的，但collection框架提供方法能保证HashMap synchronized，这样多个线程同时访问HashMap时，能保证只有一个线程更改Map。
public Object put(Object Key,Object value)方法用来将元素添加到map中。
1.16 HashSet与HashMap的区别？
1.17.关于HashMap中的碰撞探测(collision detection)以及碰撞的解决方法？
当两个对象的hashcode相同会发生什么？
因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。
1.18如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
当我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。
注意：面试官会问因为你并没有值对象去比较，你是如何确定确定找到值对象的？除非面试者直到HashMap在链表中存储的是键值对，否则他们不可能回答出这一题。
一些优秀的开发者会指出使用不可变的、声明作final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，将会减少碰撞的发生，提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode，这将提高整个获取对象的速度，使用String，Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。
1.19如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
除非你真正知道HashMap的工作原理，否则你将回答不出这道题。默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其它集合类(如ArrayList等)一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。
1.20你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗？
当多线程的情况下，可能产生条件竞争。
当重新调整HashMap大小的时候，确实存在条件竞争，因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了。
注意，jdk1.8阈值是8。
1.21.为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键？
String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。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。
1.22我们可以使用自定义的对象作为键吗？
这是前一个问题的延伸。当然你可能使用任何对象作为键，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则，并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时不可变的，那么它已经满足了作为键的条件，因为当它创建之后就已经不能改变了。
1.23我们可以使用CocurrentHashMap来代替Hashtable吗？
我们知道Hashtable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步性能更好，因为它仅仅根据同步级别对map的一部分进行上锁。ConcurrentHashMap当然可以代替HashTable，但是HashTable提供更强的线程安全性。
1.24 HashMap的存储过程？
HashMap内部维护了一个存储数据的Entry数组，HashMap采用链表解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表。当准备添加一个key-value对时，首先通过hash(key)方法计算hash值，然后通过indexFor(hash,length)求该key-value对的存储位置，计算方法是先用hash&0x7FFFFFFF后，再对length取模，这就保证每一个key-value对都能存入HashMap中，当计算出的位置相同时，由于存入位置是一个链表，则把这个key-value对插入链表头。
HashMap中key和value都允许为null。key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中。
1.25 HashMap扩容问题？
扩容是是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。 很明显，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。
HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 resize 操作（即扩容）。
默认加载因子为0.75，如果加载因子越大，对空间的利用更充分，但是查找效率会降低（链表长度会越来越长）；如果加载因子太小，那么表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定，则系统默认加载因子为0.75，这是一个比较理想的值，一般情况下我们是无需修改的。
1.26什么是hash，什么是碰撞，什么是equals ？
Hash：是一种信息摘要算法，它还叫做哈希，或者散列。我们平时使用的MD5,SHA1都属于Hash算法，通过输入key进行Hash计算，就可以获取key的HashCode()，比如我们通过校验MD5来验证文件的完整性。
碰撞：好的Hash算法可以出计算几乎出独一无二的HashCode，如果出现了重复的hashCode，就称作碰撞;
就算是MD5这样优秀的算法也会发生碰撞，即两个不同的key也有可能生成相同的MD5。
equals与==是相同的。
1.27如何减少碰撞？
使用不可变的、声明作final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，将会减少碰撞的发生，提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode，这将提高整个获取对象的速度，使用String，Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。
以上是关于Java面经整理---HashMap的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章