HashMap面试

Posted 2020-12-07 zhangliang1726

1.你知道HashMap底层的数据结构是什么样的吗？

底层最核心的数据结构是数组，我们构造一个map，往里面放入数据，比如我们放入key为张三，value为测试数据，对张三计算出一个hash值，根据这个hash值对数组进行取模，就会定位到数组里的一个元素中去

2.jdk1.8中对hash算法和寻址算法是如何优化的？

还是以map.put("张三"，"测试数据")为例

对"张三"这个key计算它的hash值，会有一定的优化

hash算法优化

//JDk1.8以后的HashMap里面的一段源码

static final int hash(Object key){
    int h;
    return(key == null) ?0:(h=key.hashCode())^(h>>>16);
}

比如说：有一个key的hash值

1111 1111 1111 1111 1111 1010 0111 1100

0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111（右移16位：n>>>16）

异或结果：1111 1111 1111 1111 0000 0101 1000 0011

结果是二进制的表示，转换成一个int值，也就是代码里面的h，这个值就是hash值

我们可以看出，其实 (h=key.hashCode())^(h>>>16) 是把hash值的高16位和低16位进行了一个运算

寻址算法优化

（n-1）& hash ->数组里的一个位置  （n代表数组长度，此处n为16）

1111 1111 1111 1111 1111 1010 0111 1100

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 （n-1：也就是15的二进制）

1111 1111 1111 1111 0000 0101 1000 0011 （优化后的hash值）

取模运算，他是性能比较差一些，为了优化这个数组寻址的过程

hash&（n-1） ->效果是跟hash对n取模，效果是一样的，但是与运算的性能要比hash对n取模要高很多。那为什么要高很多了？这是一个数学问题，数组的长度会一直是2的n次方，只要他保持数组长度是2的n次方，hash对n取模的效果就和hash & （n-1）一样的，而后者的性能更高

如果我们拿没有经过优化的hash值进行与运算，其实高16位之间的运算是可以忽略的，核心点在于低16位的运算，hash值的高16位就没有参与到运算里面来

假设有两个hash值

1111 1111 1111 1111 1111 010 0111 1100

1111 1111 1111 1111 1110 1010 0111 1100

它们两个的低16位是一样的，高16位不同，由于高16位的运算参与可以忽略不计，所以就会造成困扰，那么经过优化后得到的hash值低16位就会有很大不同

总结

hash算法的优化：对每个hash值，在他的低16位中，让高低16位进行了异或，让他的低16为同时保持了高低16位的特征，尽量避免一些hash值后续出现冲突，大家可能会进入数组的同一个位置

寻址算法的优化：用与运算替代取模，提升性能

3.你知道hashMap是如何解决hash碰撞问题的吗？

hash冲突问题，通过链表加红黑树问题来解决

两个key，多个key，算出来的hash值与n-1运算后，定位出来的数组的位置还是一样的，这就是hash碰撞，那怎么解决了？

会在这个位置挂一个链表，这个链表里面放入多个元素，让多个key-value对，同时放在数组的一个位置里

我们get取的时候，如果定位到数组里发现这个位置挂了一个链表，此时遍历链表，从里面找到自己要的那个key-value对

如果只是链表的话，链表很长，那么遍历链表的时候，性能就会比较差，O(n);

所以有了一个优化，当链表的长度达到了一定的长度后，会把链表转换成红黑树，遍历一颗红黑树找一个元素，此时O(logn),性能会比链表高一些

4.说说HashMap是如何进行扩容的可以吗？

底层是一个数组，当这个数组满了以后，他就会自动进行默认二倍扩容，变成一个更大的数组，比如数组16位，就会扩容到32位

数组变大以后会进行一个rehash，重新把数组定位到32位数组里面的位置里面

以一个数组长度为16的Map举例

n-1    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

hash1 1111 1111 1111 1111 0000 1111 0000 0101

&结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101  = 5（index = 5的位置）

 

n-1   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

hash2   1111 1111 1111 1111 0000 1111 0001 0101

&结果   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101  = 5（index = 5的位置）

在数组长度为16的时候，他们两个hash值的位置是一样的，出现一个hash冲突的问题，用链表来处理

如果数组的长度扩容为32以后，重新对每个hash值进行寻址，也就是每个hash值跟新数组的length-1进行与操作

 

n-1    0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111

hash1 1111 1111 1111 1111 0000 1111 0000 0101

&结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101  = 5（index = 5的位置）

 

n-1   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111

hash2   1111 1111 1111 1111 0000 1111 0001 0101

&结果   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101  = 21（index = 21的位置）

判断二进制结果中是否多出一个bit的1，如果没多，那么就是原来的index，如果多了出来，那么就是index+oldCap，oldCap就是原来的数组长度，通过这个方式，就避免了rehash的时候，用每个hash对新数组.length取模，取模性能不高，位运算的性能比较高