这21 个刁钻的HashMap 面试题，我把阿里面试官吊打了！
作者：菜鳥小于 ?
來源：cnblogs.com/Young111/p/11519952.html?utm_source=gold_browser_extension
1：HashMap 的數(shù)據結構？
A：哈希表結構（鏈表散列：數(shù)組+鏈表）實現(xiàn)，結合數(shù)組和鏈表的優(yōu)點。當鏈表長度超過 8 時，鏈表轉換為紅黑樹。
transient?Node<K,V>\[\]?table;???
2：HashMap 的工作原理？
HashMap 底層是 hash 數(shù)組和單向鏈表實現(xiàn)，數(shù)組中的每個元素都是鏈表，由 Node 內部類（實現(xiàn) Map.Entry接口）實現(xiàn)，HashMap 通過 put & get 方法存儲和獲取。
存儲對象時，將 K/V 鍵值傳給 put() 方法：
①、調用 hash(K) 方法計算 K 的 hash 值，然后結合數(shù)組長度，計算得數(shù)組下標；
②、調整數(shù)組大小（當容器中的元素個數(shù)大于 capacity * loadfactor 時，容器會進行擴容resize 為 2n）；
③、i.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中不存在，則執(zhí)行插入，若存在，則發(fā)生碰撞；
ii.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它們兩者 equals 返回 true，則更新鍵值對；
iii. 如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它們兩者 equals 返回 false，則插入鏈表的尾部（尾插法）或者紅黑樹中（樹的添加方式）。（JDK 1.7 之前使用頭插法、JDK 1.8 使用尾插法）（注意：當碰撞導致鏈表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 時，就把鏈表轉換成紅黑樹）
獲取對象時，將 K 傳給 get() 方法：①、調用 hash(K) 方法（計算 K 的 hash 值）從而獲取該鍵值所在鏈表的數(shù)組下標；②、順序遍歷鏈表，equals()方法查找相同 Node 鏈表中 K 值對應的 V 值。
hashCode 是定位的，存儲位置；equals是定性的，比較兩者是否相等。
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3.當兩個對象的 hashCode 相同會發(fā)生什么？
因為 hashCode 相同，不一定就是相等的（equals方法比較），所以兩個對象所在數(shù)組的下標相同，"碰撞"就此發(fā)生。又因為 HashMap 使用鏈表存儲對象，這個 Node 會存儲到鏈表中。
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4.你知道 hash 的實現(xiàn)嗎？為什么要這樣實現(xiàn)？
JDK 1.8 中，是通過 hashCode() 的高 16 位異或低 16 位實現(xiàn)的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是從速度，功效和質量來考慮的，減少系統(tǒng)的開銷，也不會造成因為高位沒有參與下標的計算，從而引起的碰撞。
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5.為什么要用異或運算符？
保證了對象的 hashCode 的 32 位值只要有一位發(fā)生改變，整個 hash() 返回值就會改變。盡可能的減少碰撞。
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6.HashMap 的 table 的容量如何確定？loadFactor 是什么？該容量如何變化？這種變化會帶來什么問題？
①、table 數(shù)組大小是由 capacity 這個參數(shù)確定的，默認是16，也可以構造時傳入，最大限制是1<<30；
②、loadFactor 是裝載因子，主要目的是用來確認table 數(shù)組是否需要動態(tài)擴展，默認值是0.75，比如table 數(shù)組大小為 16，裝載因子為 0.75 時，threshold 就是12，當 table 的實際大小超過 12 時，table就需要動態(tài)擴容；
③、擴容時，調用 resize() 方法，將 table 長度變?yōu)樵瓉淼膬杀?#xff08;注意是 table 長度，而不是 threshold）
④、如果數(shù)據很大的情況下，擴展時將會帶來性能的損失，在性能要求很高的地方，這種損失很可能很致命。
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7.HashMap中put方法的過程？
答：“調用哈希函數(shù)獲取Key對應的hash值，再計算其數(shù)組下標；
如果沒有出現(xiàn)哈希沖突，則直接放入數(shù)組；如果出現(xiàn)哈希沖突，則以鏈表的方式放在鏈表后面；
如果鏈表長度超過閥值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把鏈表轉成紅黑樹，鏈表長度低于6，就把紅黑樹轉回鏈表;
如果結點的key已經存在，則替換其value即可；
如果集合中的鍵值對大于12，調用resize方法進行數(shù)組擴容。”
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8.數(shù)組擴容的過程？
創(chuàng)建一個新的數(shù)組，其容量為舊數(shù)組的兩倍，并重新計算舊數(shù)組中結點的存儲位置。結點在新數(shù)組中的位置只有兩種，原下標位置或原下標+舊數(shù)組的大小。
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9.拉鏈法導致的鏈表過深問題為什么不用二叉查找樹代替，而選擇紅黑樹？為什么不一直使用紅黑樹？
之所以選擇紅黑樹是為了解決二叉查找樹的缺陷，二叉查找樹在特殊情況下會變成一條線性結構（這就跟原來使用鏈表結構一樣了，造成很深的問題），遍歷查找會非常慢。
而紅黑樹在插入新數(shù)據后可能需要通過左旋，右旋、變色這些操作來保持平衡，引入紅黑樹就是為了查找數(shù)據快，解決鏈表查詢深度的問題，我們知道紅黑樹屬于平衡二叉樹，但是為了保持“平衡”是需要付出代價的，但是該代價所損耗的資源要比遍歷線性鏈表要少，所以當長度大于8的時候，會使用紅黑樹，如果鏈表長度很短的話，根本不需要引入紅黑樹，引入反而會慢。
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10.說說你對紅黑樹的見解？
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每個節(jié)點非紅即黑
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根節(jié)點總是黑色的
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如果節(jié)點是紅色的，則它的子節(jié)點必須是黑色的（反之不一定）
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每個葉子節(jié)點都是黑色的空節(jié)點（NIL節(jié)點）
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從根節(jié)點到葉節(jié)點或空子節(jié)點的每條路徑，必須包含相同數(shù)目的黑色節(jié)點（即相同的黑色高度）
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11.jdk8中對HashMap做了哪些改變？
在java 1.8中，如果鏈表的長度超過了8，那么鏈表將轉換為紅黑樹。（桶的數(shù)量必須大于64，小于64的時候只會擴容）關注微信公眾號：Java大后端，在后臺回復：資料，可以獲取架構師資源干貨。
發(fā)生hash碰撞時，java 1.7 會在鏈表的頭部插入，而java 1.8會在鏈表的尾部插入
在java 1.8中，Entry被Node替代(換了一個馬甲)。
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12.HashMap，LinkedHashMap，TreeMap 有什么區(qū)別？
LinkedHashMap 保存了記錄的插入順序，在用 Iterator 遍歷時，先取到的記錄肯定是先插入的；遍歷比 HashMap 慢；
TreeMap 實現(xiàn) SortMap 接口，能夠把它保存的記錄根據鍵排序（默認按鍵值升序排序，也可以指定排序的比較器）
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13.HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用場景？
一般情況下，使用最多的是 HashMap。
HashMap：在 Map 中插入、刪除和定位元素時；
TreeMap：在需要按自然順序或自定義順序遍歷鍵的情況下；
LinkedHashMap：在需要輸出的順序和輸入的順序相同的情況下。
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14.HashMap 和 HashTable 有什么區(qū)別？
①、HashMap 是線程不安全的，HashTable 是線程安全的；
②、由于線程安全，所以 HashTable 的效率比不上 HashMap；
③、HashMap最多只允許一條記錄的鍵為null，允許多條記錄的值為null，而 HashTable不允許；
④、HashMap 默認初始化數(shù)組的大小為16，HashTable 為 11，前者擴容時，擴大兩倍，后者擴大兩倍+1；
⑤、HashMap 需要重新計算 hash 值，而 HashTable 直接使用對象的 hashCode
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15.Java 中的另一個線程安全的與 HashMap 極其類似的類是什么？同樣是線程安全，它與 HashTable 在線程同步上有什么不同？
ConcurrentHashMap 類（是 Java并發(fā)包 java.util.concurrent 中提供的一個線程安全且高效的 HashMap 實現(xiàn)）。
HashTable 是使用 synchronize 關鍵字加鎖的原理（就是對對象加鎖）；
而針對 ConcurrentHashMap，在 JDK 1.7 中采用 分段鎖的方式；JDK 1.8 中直接采用了CAS（無鎖算法）+ synchronized。
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16.HashMap & ConcurrentHashMap 的區(qū)別？
除了加鎖，原理上無太大區(qū)別。另外，HashMap 的鍵值對允許有null，但是ConCurrentHashMap 都不允許。
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17.為什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高？
HashTable 使用一把鎖（鎖住整個鏈表結構）處理并發(fā)問題，多個線程競爭一把鎖，容易阻塞；
ConcurrentHashMap
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JDK 1.7 中使用分段鎖（ReentrantLock + Segment + HashEntry），相當于把一個 HashMap 分成多個段，每段分配一把鎖，這樣支持多線程訪問。鎖粒度：基于 Segment，包含多個 HashEntry。
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JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 紅黑樹。鎖粒度：Node（首結點）（實現(xiàn) Map.Entry）。鎖粒度降低了。
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18.針對 ConcurrentHashMap 鎖機制具體分析（JDK 1.7 VS JDK 1.8）？
JDK 1.7 中，采用分段鎖的機制，實現(xiàn)并發(fā)的更新操作，底層采用數(shù)組+鏈表的存儲結構，包括兩個核心靜態(tài)內部類 Segment 和 HashEntry。
①、Segment 繼承 ReentrantLock（重入鎖） 用來充當鎖的角色，每個 Segment 對象守護每個散列映射表的若干個桶；
②、HashEntry 用來封裝映射表的鍵-值對；
③、每個桶是由若干個 HashEntry 對象鏈接起來的鏈表
JDK 1.8 中，采用Node + CAS + Synchronized來保證并發(fā)安全。取消類 Segment，直接用 table 數(shù)組存儲鍵值對；當 HashEntry 對象組成的鏈表長度超過 TREEIFY_THRESHOLD 時，鏈表轉換為紅黑樹，提升性能。底層變更為數(shù)組 + 鏈表 + 紅黑樹。
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19.ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中，為什么要使用內置鎖 synchronized 來代替重入鎖 ReentrantLock？
①、粒度降低了；
②、JVM 開發(fā)團隊沒有放棄 synchronized，而且基于 JVM 的 synchronized 優(yōu)化空間更大，更加自然。
③、在大量的數(shù)據操作下，對于 JVM 的內存壓力，基于 API 的 ReentrantLock 會開銷更多的內存。
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20.ConcurrentHashMap 簡單介紹？
①、重要的常量：
private transient volatile int sizeCtl;
當為負數(shù)時，-1 表示正在初始化，-N 表示 N - 1 個線程正在進行擴容；
當為 0 時，表示 table 還沒有初始化；
當為其他正數(shù)時，表示初始化或者下一次進行擴容的大小。
②、數(shù)據結構：
Node 是存儲結構的基本單元，繼承 HashMap 中的 Entry，用于存儲數(shù)據；
TreeNode 繼承 Node，但是數(shù)據結構換成了二叉樹結構，是紅黑樹的存儲結構，用于紅黑樹中存儲數(shù)據；
TreeBin 是封裝 TreeNode 的容器，提供轉換紅黑樹的一些條件和鎖的控制。
③、存儲對象時（put() 方法）：
如果沒有初始化，就調用 initTable() 方法來進行初始化；
如果沒有 hash 沖突就直接 CAS 無鎖插入；
如果需要擴容，就先進行擴容；
如果存在 hash 沖突，就加鎖來保證線程安全，兩種情況：一種是鏈表形式就直接遍歷到尾端插入，一種是紅黑樹就按照紅黑樹結構插入；
如果該鏈表的數(shù)量大于閥值 8，就要先轉換成紅黑樹的結構，break 再一次進入循環(huán)
如果添加成功就調用 addCount() 方法統(tǒng)計 size，并且檢查是否需要擴容。
④、擴容方法 transfer()：默認容量為 16，擴容時，容量變?yōu)樵瓉淼膬杀丁?/p>
helpTransfer()：調用多個工作線程一起幫助進行擴容，這樣的效率就會更高。
⑤、獲取對象時（get()方法）：
計算 hash 值，定位到該 table 索引位置，如果是首結點符合就返回；
如果遇到擴容時，會調用標記正在擴容結點 ForwardingNode.find()方法，查找該結點，匹配就返回；
以上都不符合的話，就往下遍歷結點，匹配就返回，否則最后就返回 null。
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21.ConcurrentHashMap 的并發(fā)度是什么？
程序運行時能夠同時更新 ConccurentHashMap 且不產生鎖競爭的最大線程數(shù)。默認為 16，且可以在構造函數(shù)中設置。
當用戶設置并發(fā)度時，ConcurrentHashMap 會使用大于等于該值的最小2冪指數(shù)作為實際并發(fā)度（假如用戶設置并發(fā)度為17，實際并發(fā)度則為32）
總結
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