HashMap面试题、Java面试题、2021年Java面试

当我们面试Java开发岗位时，面试官问的频率出现最多的问题，就是这个HashMap，不管是传统型公司还是互联公司，HashMap是必问的，所以作者爆肝整理了HashMap的23个问题以及答案，请查收！

1、你知道HashMap的数据结构吗？

HashMap底层是基于数组 + 链表实现的，不过在 jdk1.7 和 1.8 中具体实现稍有不同
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！
 
2、什么是Hash冲突，如何解决Hash冲突？
哈希函数的设计至关重要，好的哈希函数会尽可能地保证计算简单和散列地址分布均匀，但是我们需要清楚的是数组是一块连续的固定长度的内存空间，再好的哈希函数也不能保证得到的存储地址绝对不发生冲突。那么哈希冲突如何解决呢？哈希冲突的解决方案有多种:开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），再散列函数法，链地址法(数组+链表的形式)。
 
3、用LinkedList代替数组结构可以吗？有什么优缺点？

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；
 
4、HashMap何时扩容以及它的扩容机制？

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
 
5、为何HashMap的数组长度一定是2的次幂？

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,保证地址散列均匀分布
 
6、说一下HashMap在1.7中put元素的过程？ 

  • 判断当前数组是否需要初始化。
  • 如果 key 为空，则 put 一个空值进去。
  • 根据 key 计算出 hashcode。
  • 根据计算出的 hashcode 定位出所在桶。
  • 如果桶是一个链表则需要遍历判断里面的 hashcode、key 是否和传入 key 相等，如果相等则进行覆盖，并返回原来的值。
  • 如果桶是空的，说明当前位置没有数据存入；新增一个 Entry 对象写入当前位置

  • 当调用 addEntry 写入 Entry 时需要判断是否需要扩容。
  • 如果需要就进行两倍扩充，并将当前的 key 重新 hash 并定位。
  • 而在 createEntry 中会将当前位置的桶传入到新建的桶中，如果当前桶有值就会在位置形成链表。
7、说一下HashMap中get元素的过程？ 

  • 首先也是根据 key 计算出 hashcode，然后定位到具体的桶中。
  • 判断该位置是否为链表。
  • 不是链表就根据 key、key 的 hashcode 是否相等来返回值。
  • 为链表则需要遍历直到 key 及 hashcode 相等时候就返回值。
  • 啥都没取到就直接返回 null
8、说一下HashMap在1.8中put元素的过程？

过程跟1.7差不多，但是多了一些判断：
  • 当前链表的大小是否大于预设的阈值，大于时就要转换为红黑树；
  • 如果当前桶已经为红黑树，那就要按照红黑树的方式写入数据；
9、说一下HashMap在1.8中get元素的过程？

  • 首先将 key hash 之后取得所定位的桶。
  • 如果桶为空则直接返回 null 。
  • 否则判断桶的第一个位置(有可能是链表、红黑树)的 key 是否为查询的 key，是就直接返回 value。
  • 如果第一个不匹配，则判断它的下一个是红黑树还是链表。
  • 红黑树就按照树的查找方式返回值。
  • 不然就按照链表的方式遍历匹配返回值。
10、HashMap在JDK8做了哪些优化？
  • 由数组+链表的结构改为数组+链表+红黑树。
  • 优化了高位运算的hash算法：h^(h>>>16)
  • 扩容后，元素要么是在原位置，要么是在原位置再移动2次幂的位置，且链表顺序不变。
 
11、为什么在解决Hash冲突的时候，不直接用红黑树？而是选择优先使用链表，再转红黑树？
  • 因为红黑树需要进行左旋，右旋，变色这些操作来保持平衡，而单链表不需要；
  • 当元素小于8个当时候，此时做查询操作，链表结构已经能保证查询性能；
  • 当元素大于8个的时候，此时需要红黑树来加快查询速度，但是新增节点的效率变慢了；
  • 如果一开始就用红黑树结构，元素太少，新增效率又比较慢，无疑这是浪费性能的；
 
12、不用红黑树用二叉树可以吗？
可以。但是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。
 
13、当链表转换成红黑树后，什么时候退化为链表？
  • 扩容 resize()时，红黑树拆分成的树的结点数小于等于临界值6个，则退化成链表。
  • 移除元素 remove()时，在removeTreeNode()方法会检查红黑树是否满足退化条件，与结点数无关。如果红黑树根root为空，或者root的左子树/右子树为空，root.left.left根的左子树的左子树为空，都会发生红黑树退化成链表。
14、HashMap在并发条件下会有什么问题？
  • 多线程扩容，引起的死循环问题
  • 多线程put的时候可能导致元素丢失
  • put非null元素后get出来的却是null
15、在JDK8中还有这些问题吗？
在jdk1.8中，死循环问题已经解决。其他两个问题还是存在
 
16、HashMap键可以是Null吗？
必须可以，key为null的时候，hash算法最后的值以0来计算，也就是放在数组的第一个位置。
 
17、你一般使用什么作为HashMap的key?
一般用Integer、String这种不可变类当HashMap当key，而且String最为常用。
  • 因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候hashcode就被缓存了，不需要重新计算。这就使得字符串很适合作为Map中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。
  • 因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的,这些类已经很规范的覆写了hashCode()以及equals()方法。
 
18、当使用对象作为HashMap的Key时有什么问题吗？
要重写equals和hashcode方法。否则会出现以下问题：
hashcode可能发生改变，导致put进去的值，无法get出，如下所示

 输出值如下：

 

19、HashMap是线程安全的吗？如何实现线程安全？

HashMap是线程不安全的。
实现方式：
  • 通过Collections.synchronizedMap()来封装所有不安全的HashMap的方法,就连toString, hashCode都进行了封装，就是为每一个方法添加了synchronized关键字进行修饰。使用的是的synchronized方法,是一种悲观锁.在进入之前需要获得锁,确保独享当前对象,然后做相应的修改/读取。方式简单粗暴，但是效率低。
  • 使用ConcurrentHashMap。只有在需要修改对象时,比较和之前的值是否被人修改了,如果被其他线程修改了,那么就会返回失败,是一种无锁的实现。基于CAS实现，类似于乐观锁机制。ConcurrentHashMap采用了”锁分段”策略,ConcurrentHashMap的主干是一个一个Segment组,在ConcurrentHashMap中,一个Segment就是一个子哈希表,Segment里维护了一个HashEntry数组，并发环境下，对于不同Segment的数据进行操作是不用考虑锁竞争的，对于同一个Segment的操作才需考虑线程同步。理论上就允许16个线程并发执行。
20、请谈谈ConcurrentHashMap底层实现原理？
在JDK7中ConcurrentHashMap采用了”锁分段”策略,ConcurrentHashMap的主干是一个一个Segment组,在ConcurrentHashMap中,一个Segment就是一个子哈希表,Segment里维护了一个HashEntry数组，并发环境下，对于不同Segment的数据进行操作是不用考虑锁竞争的，对于同一个Segment的操作才需考虑线程同步。理论上就允许16个线程并发执行。
 
21、ConcurrentHashMap的size()方法实现原理？
  • 要统计整个ConcurrentHashMap的元素个数，可以将每个Segment的count相加，count是volatile变量，可以保证读到的是最新值，但count可能会在累加过程中发生改变，导致结果不正确。
  • ConcurrentHashMap采用HashMap中的“快速失败”机制，即设置一个modCount变量，在put，remove，clean方法中都让modCount++，先尝试两次通过不对Segment加锁的方式统计Size，若发现前后的modCount不一致，则说明容器大小发生了变化，此时再通过锁住所有Segment的put，remove，clean方法计算count。

22、ConcurrentHashMap中put过程？

因为volatile不保证原子性，所以在put操作中需要对Segment加锁。

put操作分为两步：

  • 是否需要扩容
  • 在插入元素前先判断Segment里的HashEntry数组是否超过容量（cap*loadFactor），如果超过阈值，就进行扩容。值得一提的是，在HashMap中，是先插入元素后再检查是否达到容量，有可能造成扩容之后再也没有新元素插入，造成空间浪费。
  • 举个例子，在ConcurrentHashMap中，现有元素正好等于容量，那么就先判断是否超过容量（没有超过），那么添加新元素（此时超出容量一个元素，但没有扩容）。而如果是HashMap，则先插入这个元素，发现超出容量，于是扩容，可再也没有新的元素添加进来了，于是造成了浪费。
  • 定位元素位置
  • 遍历HashEntry链表，找到对应元素位置并更新

23、HashMap和HashTable的区别？

  • HashMap基于数组和链表实现。不考虑Hash冲突的情况下，仅需一次定位就能找到元素。比如在新增元素的时候，通过Hash函数将元素定位Hash表中某个位置，直接将数据存入到该地址上，当我们查找或者删除元素，可以直接通过Hash函数定位到该数据。但是没有什么事情都是完美的，如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同怎么办？也就是说，当我们对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，其实这就是所谓的哈希冲突，也叫哈希碰撞。HashMap采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。把相同Hash值的数据放在了链表上。当HashMap中的链表出现越少，性能才会越好。当发生哈希冲突并且size大于阈值的时候，需要进行数组扩容，扩容时，需要新建一个长度为之前数组2倍的新的数组，然后将当前的Entry数组中的元素全部传输过去，扩容后的新数组长度为之前的2倍，所以扩容相对来说是个耗资源的操作。HashMap继承自AbstractMap,HashMap允许key、value为空。HashMap默认容量是16，且负载因子是0.75。HashMap是线程不安全的，效率高。
  • HashTable和HashMap的实现原理几乎一样，HashTable不允许key和value为null；HashTable是线程安全的。但是HashTable线程安全的策略实现代价却太大了，简单粗暴，get/put所有相关操作都是synchronized的，这相当于给整个哈希表加了一把大锁，多线程访问时候，只要有一个线程访问或操作该对象，那其他线程只能阻塞，相当于将所有的操作串行化，在竞争激烈的并发场景中性能就会非常差。

以上是整理的比较全面的HashMap面试题，大家记住答案的同时，最好还是理解其原理，往期精彩面试题解析回顾：

 

 

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