HashMap面试必问的数据结构相关知识

  如果在看这篇文章时,对HashMap的结构还不是很了解,建议你参考前段时间写的《刨死你系列——HashMap剖析(基于jdk1.8)》,可能会对下面的提及到知识点有些帮助。

1:HashMap 的数据结构

A:哈希表结构(链表散列:数组+链表)实现,结合数组和链表的优点。当链表长度超过 8 时,链表转换为红黑树。
transient Node<K,V>[] table;

2:HashMap 的工作原理?

  HashMap 底层是 hash 数组和单向链表实现,数组中的每个元素都是链表,由 Node 内部类(实现 Map.Entry<K,V>接口)实现,HashMap 通过 put & get 方法存储和获取。

存储对象时,将 K/V 键值传给 put() 方法:

  ①、调用 hash(K) 方法计算 K 的 hash 值,然后结合数组长度,计算得数组下标;

  ②、调整数组大小(当容器中的元素个数大于 capacity * loadfactor 时,容器会进行扩容resize 为 2n);
  ③、i.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中不存在,则执行插入,若存在,则发生碰撞;
    ii.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在,且它们两者 equals 返回 true,则更新键值对;
    iii. 如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在,且它们两者 equals 返回 false,则插入链表的尾部(尾插法)或者红黑树中(树的添加方式)。

(JDK 1.7 之前使用头插法、JDK 1.8 使用尾插法)
(注意:当碰撞导致链表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 时,就把链表转换成红黑树)

  获取对象时,将 K 传给 get() 方法:①、调用 hash(K) 方法(计算 K 的 hash 值)从而获取该键值所在链表的数组下标;②、顺序遍历链表,equals()方法查找相同 Node 链表中 K 值对应的 V 值。

hashCode 是定位的,存储位置;equals是定性的,比较两者是否相等。

3.当两个对象的 hashCode 相同会发生什么?

  因为 hashCode 相同,不一定就是相等的(equals方法比较),所以两个对象所在数组的下标相同,"碰撞"就此发生。又因为 HashMap 使用链表存储对象,这个 Node 会存储到链表中。

4.你知道 hash 的实现吗?为什么要这样实现?

  JDK 1.8 中,是通过 hashCode() 的高 16 位异或低 16 位实现的:(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16),主要是从速度,功效和质量来考虑的,减少系统的开销,也不会造成因为高位没有参与下标的计算,从而引起的碰撞。

5.为什么要用异或运算符?
  保证了对象的 hashCode 的 32 位值只要有一位发生改变,整个 hash() 返回值就会改变。尽可能的减少碰撞。

6.HashMap 的 table 的容量如何确定?loadFactor 是什么? 该容量如何变化?这种变化会带来什么问题?

  ①、table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的,默认是16,也可以构造时传入,最大限制是1<<30;
  ②、loadFactor 是装载因子,主要目的是用来确认table 数组是否需要动态扩展,默认值是0.75,比如table 数组大小为 16,装载因子为 0.75 时,threshold 就是12,当 table 的实际大小超过 12 时,table就需要动态扩容;
  ③、扩容时,调用 resize() 方法,将 table 长度变为原来的两倍(注意是 table 长度,而不是 threshold)
  ④、如果数据很大的情况下,扩展时将会带来性能的损失,在性能要求很高的地方,这种损失很可能很致命。

7.HashMap中put方法的过程?

答:“调用哈希函数获取Key对应的hash值,再计算其数组下标;

如果没有出现哈希冲突,则直接放入数组;如果出现哈希冲突,则以链表的方式放在链表后面;

如果链表长度超过阀值( TREEIFY THRESHOLD==8),就把链表转成红黑树,链表长度低于6,就把红黑树转回链表;

如果结点的key已经存在,则替换其value即可;

如果集合中的键值对大于12,调用resize方法进行数组扩容。”

8.数组扩容的过程?

  创建一个新的数组,其容量为旧数组的两倍,并重新计算旧数组中结点的存储位置。结点在新数组中的位置只有两种,原下标位置或原下标+旧数组的大小。

9.拉链法导致的链表过深问题为什么不用二叉查找树代替,而选择红黑树?为什么不一直使用红黑树?

  之所以选择红黑树是为了解决二叉查找树的缺陷,二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构(这就跟原来使用链表结构一样了,造成很深的问题),遍历查找会非常慢。而红黑树在插入新数据后可能需要通过左旋,右旋、变色这些操作来保持平衡,引入红黑树就是为了查找数据快,解决链表查询深度的问题,我们知道红黑树属于平衡二叉树,但是为了保持“平衡”是需要付出代价的,但是该代价所损耗的资源要比遍历线性链表要少,所以当长度大于8的时候,会使用红黑树,如果链表长度很短的话,根本不需要引入红黑树,引入反而会慢。

10.说说你对红黑树的见解?

1、每个节点非红即黑

2、根节点总是黑色的

3、如果节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的(反之不一定)

4、每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL节点)

5、从根节点到叶节点或空子节点的每条路径,必须包含相同数目的黑色节点(即相同的黑色高度)

11.jdk8中对HashMap做了哪些改变?

在java 1.8中,如果链表的长度超过了8,那么链表将转换为红黑树。(桶的数量必须大于64,小于64的时候只会扩容)

发生hash碰撞时,java 1.7 会在链表的头部插入,而java 1.8会在链表的尾部插入

在java 1.8中,Entry被Node替代(换了一个马甲)。

12.HashMap,LinkedHashMap,TreeMap 有什么区别?

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