精选HashMap面试题

精选HashMap面试题

HashMap应该算是Java后端工程师面试的必问题，因为其中的知识点太多，很适合用来考察面试者的Java基础。

HashMap的内部数据结构

JDK1.8版本使用数组 + 链表 / 红黑树；

JDK1.7版本使用数组 + 链表；

为什么在JDK1.8后会使用到红黑树？链表和红黑树转换的条件是什么？

HashMap在追求O(1)的时间复杂度上做出了很大优化，最能表现的地方就是链表树化，在链表中如果只有一个节点是符合O(1)的时间复杂度的，假如链表的长度为k 那么时间复杂度就为O(k) 当这个k = N时，这时时间复杂度就会变为O(N)，所以jdk1.8在空间复杂度和时间复杂度上做取舍，当链表长度大于8时就会将数据结构转换成红黑树，因为树状结构的特殊性，时间复杂度就会转换成O(logN)。

参考泊松概率函数(Poisson distribution)链表长度到达 8 的概率是 0.00000006 ，不到千万分之一。所以绝大多数情况下，在 hash 算法正常的时，不太会出现链表转红黑树的情况。其次，TreeNode 相比普通的 Node 来说，会有两倍的空间占用。并且在长度比较小的情况下，红黑树的查找性能和链表是差别不大的。O(N) 和 O(logN) 只有在N比较大的时候效率才会比较低。毕竟 HashMap 是 JDK 提供的基础数据结构，必须在空间和时间做抉择。所以，选择链表是空间复杂度优先，选择红黑树是时间复杂度优化。在绝大多数情况下，不会出现需要红黑树的情况。

HashMap的数据插入原理

1. 判断数组是否为空，构造方法#HashMap()是需要执行#resize()方法后才会初始化的，这时做的就是这个操作。
2. 根据key的hash值，通过 (n - 1) & hash 计算当前应当存放在数组的下标 index
3. 查看table[index]是否存在数据，不存在就创建一个Node节点存放到table[index]中。
4. 存在数据的话说明发送了hash冲突，继续判断key是否一致，key一致则将新的value替换原数据。
5. 不一致的话，判断当前节点是否为树节点，如果是树节点则创建树节点插入红黑树中。
6. 如果不是树节点，则创建普通的Node节点加入链表中，判断链表长度是否达到8，达到8的话会转换成红黑树。
7. 插入完成后判断当前节点数是否大于长度阈值，如果大于长度阈值的话则执行#resize()方法进行扩容（原数组的两倍）

HashMap的长度限制

HashMap的长度必须为2的N次方，因为需要保证HashMap的位运算的结果，具体为（n-1） & hash和hash % n俩者会在2的N次方的情况下等价，考虑到性能，所以就需要长度为2的N次方。

如果使用的#HashMap(int initialCapacity)或者#HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)构造函数实例化，传入的initialCapacity 不是2的N次方的话，则会执行#tableSizeFor(int cap)方法，将初始化大小设置为大于initialCapacity的2的N次方，例如：传的是10，初始化大小为16。

HashMap的hash()算法，为什么要这样设计？

hash函数是先拿到key的hashCode值，然后让hashCode的高16位和低16位做异或操作。

具体函数，key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16)，这个叫扰动函数，这么设计有两个原因：

1. 一定要尽可能的降低hash碰撞，越分散越好。
2. 算法要尽可能的高效，因为是高频操作，因此采用位运算。

头插法和尾插法

jdk1.7时使用的是头插，1.8时使用的是尾插，简单的说就是，如果put时节点是个链表，在1.7时是将原有的链表作为当前新节点的后继节点，在1.8时新节点是放置到链表的最后。
因为1.7头插法扩容时，头插法会使链表发生反转，多线程环境下会产生死循环。

HashMap是线程安全的吗？

不是，在多线程环境下，1.7 会产生死循环、数据丢失、数据覆盖的问题，1.8 中会有数据覆盖的问题。

那你平常怎么解决这个线程不安全的问题？

Java中有HashTable、以及ConcurrentHashMap可以实现线程安全的Map。

• HashTable是直接在操作方法上加synchronized关键字，锁住整个数组，粒度比较大；
• ConcurrentHashMap使用分段锁，降低了锁粒度，让并发度大大提高。

ConcurrentHashMap的分段锁的实现原理

ConcurrentHashMap成员变量使用volatile 修饰，免除了指令重排序，同时保证了内存可见性，另外使用CAS操作和synchronized结合实现赋值操作，多线程操作只会锁住当前操作index的节点。

HashMap链表树化和红黑树退化

链表树化的阈值是8，红黑树转链表阈值为6，前面说过，链表长度到达 8 的概率大概位千万分之一，所以在空间复杂度和时间复杂度上来说已经够用了，至于为什么转回来是6，如果链表的长度一直在7、8徘徊，会一致发送树化和退化操作，比较损耗性能。

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