HashMap面试指南

Posted 2021-09-05 codingjav

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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HashMap面试指南相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

(1)HashMap的实现原理?

此题可以组成如下连环炮来问

你看过HashMap源码嘛，知道原理嘛?
为什么用数组+链表？
hash冲突你还知道哪些解决办法？
我用LinkedList代替数组结构可以么?
既然是可以的,为什么HashMap不用LinkedList,而选用数组?

你看过HashMap源码嘛，知道原理嘛?

针对这个问题，嗯，当然是必须看过HashMap源码。至于原理，下面那张图很清楚了:

HashMap采用Entry数组来存储key-value对，每一个键值对组成了一个Entry实体，Entry类实际上是一个单向的链表结构，它具有Next指针，可以连接下一个Entry实体。只是在JDK1.8中，链表长度大于8的时候，链表会转成红黑树！ 为什么用数组+链表？ 数组是用来确定桶的位置，利用元素的key的hash值对数组长度取模得到. 链表是用来解决hash冲突问题，当出现hash值一样的情形，就在数组上的对应位置形成一条链表。

ps:这里的hash值并不是指hashcode，而是将hashcode高低十六位异或过的。至于为什么要这么做，继续往下看。

hash冲突你还知道哪些解决办法？

比较出名的有四种(1)开放定址法(2)链地址法(3)再哈希法(4)公共溢出区域法

ps:大家有兴趣拓展的，自己去搜一下就懂了，这个就不拓展了！ 我用LinkedList代替数组结构可以么? 这里我稍微说明一下，此题的意思是，源码中是这样的

Entry[] table = new Entry[capacity];

ps：Entry就是一个链表节点。那我用下面这样表示

List<Entry> table = new LinkedList<Entry>();

是否可行?

答案很明显，必须是可以的。

既然是可以的,为什么HashMap不用LinkedList,而选用数组?

因为用数组效率最高！在HashMap中，定位桶的位置是利用元素的key的哈希值对数组长度取模得到。此时，我们已得到桶的位置。显然数组的查找效率比LinkedList大。

那ArrayList，底层也是数组，查找也快啊，为啥不用ArrayList?

(烟哥写到这里的时候，不禁觉得自己真有想法，自己把自己问死了，还好我灵机一动想出了答案)

因为采用基本数组结构，扩容机制可以自己定义，HashMap中数组扩容刚好是2的次幂，在做取模运算的效率高。而ArrayList的扩容机制是1.5倍扩容，那ArrayList为什么是1.5倍扩容这就不在本文说明了。

(2)HashMap在什么条件下扩容?

此题可以组成如下连环炮来问

HashMap在什么条件下扩容?
为什么扩容是2的n次幂?
为什么为什么要先高16位异或低16位再取模运算?

HashMap在什么条件下扩容?

如果bucket满了(超过load factor*current capacity)，就要resize。 load factor为0.75，为了最大程度避免哈希冲突 current capacity为当前数组大小。

为什么扩容是2的次幂?

HashMap为了存取高效，要尽量较少碰撞，就是要尽量把数据分配均匀，每个链表长度大致相同，这个实现就在把数据存到哪个链表中的算法；

这个算法实际就是取模，hash%length。但是，大家都知道这种运算不如位移运算快。

因此，源码中做了优化hash&(length-1)。也就是说hash%length==hash&(length-1)

那为什么是2的n次方呢？

因为2的n次方实际就是1后面n个0，2的n次方-1，实际就是n个1。例如长度为8时候，3&(8-1)=3 2&(8-1)=2 ，不同位置上，不碰撞。而长度为5的时候，3&(5-1)=0 2&(5-1)=0，都在0上，出现碰撞了。所以，保证容积是2的n次方，是为了保证在做(length-1)的时候，每一位都能&1 ，也就是和1111……1111111进行与运算。

为什么为什么要先高16位异或低16位再取模运算? 我先晒一下，jdk1.8里的hash方法。1.7的比较复杂，咱就不看了。

hashmap这么做，只是为了降低hash冲突的几率。打个比方，当我们的length为16的时候，哈希码(字符串“abcabcabcabcabc”的key对应的哈希码)对(16-1)与操作，对于多个key生成的hashCode，只要哈希码的后4位为0，不论不论高位怎么变化，最终的结果均为0。如下图所示

而加上高16位异或低16位的“扰动函数”后，结果如下

可以看到: 扰动函数优化前：1954974080 % 16 = 1954974080 & (16 - 1) = 0 扰动函数优化后：1955003654 % 16 = 1955003654 & (16 - 1) = 6 很显然，减少了碰撞的几率。

(3)讲讲hashmap的get/put的过程?

此题可以组成如下连环炮来问

知道hashmap中put元素的过程是什么样么?
知道hashmap中get元素的过程是什么样么？
你还知道哪些hash算法？
说说String中hashcode的实现?(此题很多大厂问过)

知道hashmap中put元素的过程是什么样么?

对key的hashCode()做hash运算，计算index; 如果没碰撞直接放到bucket里；如果碰撞了，以链表的形式存在buckets后；如果碰撞导致链表过长(大于等于TREEIFY_THRESHOLD)，就把链表转换成红黑树(JDK1.8中的改动)；如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性) 如果bucket满了(超过load factor*current capacity)，就要resize。

知道hashmap中get元素的过程是什么样么?

对key的hashCode()做hash运算，计算index; 如果在bucket里的第一个节点里直接命中，则直接返回；如果有冲突，则通过key.equals(k)去查找对应的Entry;

若为树，则在树中通过key.equals(k)查找，O(logn)；
若为链表，则在链表中通过key.equals(k)查找，O(n)。

你还知道哪些hash算法？

先说一下hash算法干嘛的，Hash函数是指把一个大范围映射到一个小范围。把大范围映射到一个小范围的目的往往是为了节省空间，使得数据容易保存。比较出名的有MurmurHash、MD4、MD5等等

说说String中hashcode的实现?(此题频率很高)

public int hashCode() {
    int h = hash;
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;

        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        hash = h;
    }
    return h;
}

String类中的hashCode计算方法还是比较简单的，就是以31为权，每一位为字符的ASCII值进行运算，用自然溢出来等效取模。

哈希计算公式可以计为s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]

那为什么以31为质数呢?

主要是因为31是一个奇质数，所以31*i=32*i-i=(i<<5)-i，这种位移与减法结合的计算相比一般的运算快很多。