Java 面试题

Posted 2022-11-27 Yan Yang

面试宝典

• • 谈一下HashMap的底层原理是什么？
  • 谈一下HashMap中put是如何实现的？
  • 谈一下HashMap中什么时候需要进行扩容，扩容resize()又是如何实现的？
  • 谈一下HashMap中get是如何实现的？
  • 为什么不直接将key作为哈希值而是与高16位做异或运算？
  • 为什么是16？为什么必须是2的幂？如果输入值不是2的幂比如10会怎么样？
  • 谈一下当两个对象的hashCode相等时会怎么样？
  • 请解释一下HashMap的参数loadFactor，它的作用是什么？
  • 如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
  • 传统HashMap的缺点(为什么引入红黑树？)：
  • 平时在使用HashMap时一般使用什么类型的元素作为Key？
  • volatile关键字

谈一下HashMap的底层原理是什么？

基于hashing的原理，jdk8后采用数组+链表+红黑树的数据结构。我们通过put和get存储和获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，先对键做一个hashCode()的计算来得到它在bucket数组中的位置来存储Entry对象。当获取对象时，通过get获取到bucket的位置，再通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后在返回值对象。

谈一下HashMap中put是如何实现的？

1.计算关于key的hashcode值（与Key.hashCode的高16位做异或运算）

2.如果散列表为空时，调用resize()初始化散列表

3.如果没有发生碰撞，直接添加元素到散列表中去

4.如果发生了碰撞(hashCode值相同)，进行三种判断

​ 4.1:若key地址相同或者equals后内容相同，则替换旧值

​ 4.2:如果是红黑树结构，就调用树的插入方法

​ 4.3：链表结构，循环遍历直到链表中某个节点为空，尾插法进行插入，插入之后判断链表个数是否到达变成红黑树的阙值8；也可以遍历到有节点与插入元素的哈希值和内容相同，进行覆盖。

5.如果桶满了大于阀值，则resize进行扩容

谈一下HashMap中什么时候需要进行扩容，扩容resize()又是如何实现的？

调用场景：

1.初始化数组table

2.当数组table的size达到阙值时即++size > load factor * capacity 时，也是在putVal函数中

实现过程：(细讲)

1.通过判断旧数组的容量是否大于0来判断数组是否初始化过

否：进行初始化

判断是否调用无参构造器，

​ 是:使用默认的大小和阙值

​ 否:使用构造函数中初始化的容量，当然这个容量是经过tableSizefor计算后的2的次幂数

​ 是，进行扩容，扩容成两倍(小于最大值的情况下)，之后在进行将元素重新进行与运算复制到新的散列表中

概括的讲：扩容需要重新分配一个新数组，新数组是老数组的2倍长，然后遍历整个老结构，把所有的元素挨个重新hash分配到新结构中去。

PS：可见底层数据结构用到了数组，到最后会因为容量问题都需要进行扩容操作

谈一下HashMap中get是如何实现的？

对key的hashCode进行hashing，与运算计算下标获取bucket位置，如果在桶的首位上就可以找到就直接返回，否则在树中找或者链表中遍历找，如果有hash冲突，则利用equals方法去遍历链表查找节点。

为什么不直接将key作为哈希值而是与高16位做异或运算？

因为数组位置的确定用的是与运算，仅仅最后四位有效，设计者将key的哈希值与高16为做异或运算使得在做&运算确定数组的插入位置时，此时的低位实际是高位与低位的结合，增加了随机性，减少了哈希碰撞的次数。

为什么是16？为什么必须是2的幂？如果输入值不是2的幂比如10会怎么样？

HashMap默认初始化长度为16，并且每次自动扩展或者是手动初始化容量时，必须是2的幂。

1.为了数据的均匀分布，减少哈希碰撞。因为确定数组位置是用的位运算，若数据不是2的次幂则会增加哈希碰撞的次数和浪费数组空间。(PS:其实若不考虑效率，求余也可以就不用位运算了也不用长度必需为2的幂次)

2.输入数据若不是2的幂，HashMap通过一通位移运算和或运算得到的肯定是2的幂次数，并且是离那个数最近的数字

谈一下当两个对象的hashCode相等时会怎么样？

会产生哈希碰撞，若key值相同则替换旧值，不然链接到链表后面，链表长度超过阙值8就转为红黑树存储

请解释一下HashMap的参数loadFactor，它的作用是什么？

loadFactor表示HashMap的拥挤程度，影响hash操作到同一个数组位置的概率。默认loadFactor等于0.75，当HashMap里面容纳的元素已经达到HashMap数组长度的75%时，表示HashMap太挤了，需要扩容，在HashMap的构造器中可以定制loadFactor。

如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？

超过阙值会进行扩容操作，概括的讲就是扩容后的数组大小是原数组的2倍，将原来的元素重新hashing放入到新的散列表中去。

传统HashMap的缺点(为什么引入红黑树？)：

JDK 1.8 以前 HashMap 的实现是 数组+链表，即使哈希函数取得再好，也很难达到元素百分百均匀分布。当 HashMap 中有大量的元素都存放到同一个桶中时，这个桶下有一条长长的链表，这个时候 HashMap 就相当于一个单链表，假如单链表有 n 个元素，遍历的时间复杂度就是 O(n)，完全失去了它的优势。针对这种情况，JDK 1.8 中引入了 红黑树（查找时间复杂度为 O(logn)）来优化这个问题。

平时在使用HashMap时一般使用什么类型的元素作为Key？

择Integer，String这种不可变的类型，像对String的一切操作都是新建一个String对象，对新的对象进行拼接分割等，这些类已经很规范的覆写了hashCode()以及equals()方法。作为不可变类天生是线程安全的。

volatile关键字

1. 保持内存可见性: 所有线程都能看到共享内存的最新状态。
2. 防止指令重排