java面试题——hashMap

一. hashMap的实现原理

• 看过HashMap源码吗，知道原理吗?
• 为什么用数组+链表？
• hash冲突有哪些解决办法？
• 用LinkedList代替数组结构可以吗?为什么HashMap不用LinkedList，而选用数组?
• 为什么HashMap不用ArrayList？

1. hashMap原理
HashMap采用Entry数组来存储键值对，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。 当链表长度大于8时，链表会转成红黑树（泊松分布）。

2. 为什么用数组+链表？为什么要先 高16位异或低16位 再 取模运算? （异或：不进位的加法）

• 数组用来确定桶的位置，利用元素的key的hash值对数组长度取模得到； 链表用来解决hash冲突问题，当出现hash值一样的情形，就在数组上的对应位置形成一条链表。
• 这里的hash是将 hashcode 高低十六位异或过的，通过加上高16位异或低16位的“扰动函数”，可以有效减少碰撞的几率。

3. hash冲突有哪些解决办法
可以采用链地址法，将相同hash值的对象组成一个链表放在hash值对应的数组位置。
（还有 开放定址法，再哈希法）

4. 为什么HashMap不用LinkedList，而选用数组？
因为用数组效率更高。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，所以数组查找效率比LinkedList高。

5. 为什么HashMap不用ArrayList？
hashMap的数组扩容是2的n次方，做取模运算的效率高，而ArrayList的扩容机制是1.5倍的扩容。

二. HashMap在什么条件下扩容?

• HashMap在什么条件下扩容? 怎么扩容的？
• 为什么扩容是2的n次幂?

1. HashMap在什么条件下扩容? 怎么扩容的？

• 当HashMap的 size 超过了加载因子与当前容量的乘积，就要进行扩容。其中加载因子为0.75，它是在时间与空间之间的一个折中值。
• 首先创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍
• 然后遍历原数组，把所有的Entry重新Hash到新数组。这一步通过让 hash 值和 length-1 进行按位与操作来得到 index 的值。 index = HashCode（Key） & （Length - 1）

2. 为什么扩容是2的n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。 所以保证容积是2的n次方，是为了保证hash值和(length-1)之间进行按位与操作时，每一位与的都是1 ，也就是和1111…111进行与运算。这样就可以保证均匀分布而且不同位置不碰撞了。

三. hashmap的get/put的过程?

• hashmap中put元素的过程是什么样的?
• hashmap中get元素的过程是什么样的？
• 说说String中hashcode的实现?(此题很多大厂问过)

1. hashmap中put元素的过程?
对key的hashCode()做hash运算，计算index；如果没碰撞就直接放到桶里；如果碰撞了，就以链表的方式连接到后面； 如果碰撞导致链表过长，超过了阈值8，就把链表转成红黑树，如果链表长度低于6，就把红黑树转回链表； 如果节点已经存在就替换旧值来保证key的唯一性； 如果桶满了，即超过了加载因子和当前容量的乘积，就要resize。

2. hashmap中get元素的过程？
对key的hashCode()做hash运算，计算index；如果在bucket里的第一个节点里直接命中，则直接返回； 如果有冲突，则通过key.equals()来查找对应的Entry；这里要分为两种情况：若为树，则在树中通过key.equals(k)查找，O(logn)；若为链表，则在链表中通过key.equals()查找，O(n)。

3. String中hashcode的实现?
String类中hashCode的计算方法：它以31为权，用 自然溢出 来等效取模。哈希具体计算公式为：val[0] * 31 ^ (n-1) + val[1] * 31 ^ (n-2) + … + val[n-1] 。之所以选择31是因为它是一个奇质数，所以 31 * i = 32 * i - i = ( i << 5 ) - i ，这种位移与减法结合的计算相比一般的运算快得多。

四. 为什么hashmap的在链表元素数量超过8时改为红黑树?

• JDK1.8中hashMap改了什么?
• 为什么在解决hash冲突时，不直接用红黑树? 而选择先用链表，再转红黑树?
• 不用红黑树，用二叉查找树可以么?
• 为什么阀值是8?
• 链表转为红黑树后，什么时候退化为链表?

1. JDK1.8中hashMap改了什么?

• 由数组+链表的结构改为数组+链表+红黑树的结构。
• 优化了高位运算的hash算法：h ^ (h>>>16)
• 扩容后，元素要么在原位置，要么在原位置再移动2次幂的位置，且链表顺序不变，所以hashMap在1.8中，不会再出现死循环问题了。

2. 为什么在解决hash冲突时，不直接用红黑树? 而选择先用链表，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。当元素个数小于8时，此时做查询操作，链表结构已经能保证查询性能了。当元素个数大于8时，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。因此，如果一开始就用红黑树结构，元素太少，新增效率又比较慢，于是浪费了性能。

3. 不用红黑树，用二叉查找树可以么?
可以。但是二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构，比如只有左子树，这就跟原来使用的链表结构一样了，遍历查找会很慢。

4. 为什么阀值是8?
因为泊松分布，大于8后分布到的概率非常低了，所以以8为阈值。

5. 链表转为红黑树后，什么时候退化为链表?
长度为6的时候退转为链表。中间有个差值7可以防止链表和树之间频繁的转换。假设设计成链表个数超过8则链表转换成树结构，链表个数小于8则树结构转换成链表，如果一个HashMap不停的插入、删除元素，链表个数在8左右徘徊，就会频繁的发生树转链表、链表转树，效率会很低。

五. HashMap的并发问题?

• HashMap在并发编程环境下有什么问题?
• 在jdk1.8中还有这些问题吗?
• 你一般怎么解决这些问题？

1. HashMap在并发编程环境下有什么问题?
(1) 多线程扩容，引起的死循环（JDK1.7）
(2) 多线程put的时候可能导致元素丢失
(3) put非null元素后get出来的却是null

2. 在jdk1.8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。

3. 你一般怎么解决这些问题？
使用 ConcurrentHashmap，Hashtable等线程安全的集合类。

六. 你一般用什么作为HashMap的key?

• 健可以为Null值吗? 遇到null值怎么处理
• 你一般用什么作为HashMap的key?
• 用可变类当HashMap的key有什么问题?
• hash过程分别干了什么？

1. 键可以为Null值吗?

可以，key为null时，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。

2. 你一般用什么作为HashMap的key? 为什么 String、Integer 这样的 wrapper 类适合作为键？
一般用Integer、String这种不可变类当HashMap的key，String最为常用。原因有两点：
(1)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。所以HashMap中的键往往都使用的字符串。
(2)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，而Integer和String这些类已经很规范的重写了hashCode()以及equals()方法。

3. 用可变类当HashMap的key有什么问题?
hashcode可能发生改变，导致put进去的值，无法get出来。

4. hash过程分别干了什么？（hash函数是怎么实现的？）
hash过程（hash函数是怎么实现的？）：将hashcode的高十六位异或低十六位，得到的值和 length - 1 进行与运算，结果就是hash函数所返回的值。