HashMap 底层实现原理及常见面试题

hashmap的特性

HashMap可以接受null键值和值,而Hashtable则不能;HashMap是非synchronized;HashMap很快;以及HashMap储存的是键值对等等。

hashmap的工作原理

HashMap基于hashing原理,我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时,它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode(也就是数组的key),然后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时,通过键对象的equals()方法找到正确的键值对,然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题,当发生碰撞了,对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。

两个对象的hashcode相同会发生什么?

因为hashcode相同,所以它们的bucket位置相同,‘碰撞’会发生。因为HashMap使用链表存储对象,这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。

造成hash冲突的原因

HashMap使用一个Entry数组保存key、value数据,当一对key、value被加入时,会通过一个hash算法得到数组的下标index,算法很简单,根据key的hash值,对数组的大小取模 hash & (length-1),并把结果插入数组该位置,如果该位置上已经有元素了,就说明存在hash冲突,这样会在index位置生成链表。

如何解决hash碰撞

当我们调用get()方法,HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置,找到bucket位置之后,会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点,最终找到要找的值对象。

如何减少hash碰撞

一些优秀的开发者会指出使用不可变的、声明作final的对象,并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话,将会减少碰撞的发生,提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode,这将提高整个获取对象的速度,使用String,Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。

为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键?

String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了,而且String最为常用。因为String是不可变的,也是final的,而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的,因为为了要计算hashCode(),就要防止键值改变,如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话,那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。

重新调整HashMap的大小

默认的时候,和其负载因子大小为0.75,也就是说,当一个map填满了75%的bucket它集合类(如ArrayList等)一样,将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组,来重新调整map的大小,并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing,因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

你可能会问如果数组扩容了,它的下标不就变了吗?

确实变了,需要重新计算它的下标了,然后把它插入到新的更大的数组里
这就是为什么Node类中要存储hash值
这就是为什么HashMap是没有顺序的
这就是为什么说扩容是非常消耗性能的

多线程下hashmap问题

因为是链表结构,那么就很容易形成闭合的链路,这样在循环的时候只要有线程对这个HashMap进行get操作就会产生死循环。但是,我好奇的是,这种闭合的链路是如何形成的呢。在单线程情况下,只有一个线程对HashMap的数据结构进行操作,是不可能产生闭合的回路的。那就只有在多线程并发的情况下才会出现这种情况,那就是在put操作的时候,如果size>initialCapacity*loadFactor,那么这时候HashMap就会进行rehash操作,随之HashMap的结构就会发生翻天覆地的变化。很有可能就是在两个线程在这个时候同时触发了rehash操作,产生了闭合的回路。

线程安全性

HashMap是线程不安全的,在多线程的情况下,尽量不要使用HashMap(虽然它的性能很好),而使用线程安全的ConcurrentHashMap

红黑树应用

jdk1.8引入了红黑树处理hashMap,当链表长度大于8时,自动转为红黑树.

小结

扩容是一个特别耗性能的操作,所以在使用HashMap的时候,最好估算一下Map的大小,初始化的时候给一个大致的数值,避免Map频繁扩容。
JDK1.8引入红黑树大大优化了HashMap的性能。
HashMap是线程不安全的,不要在并发的环境中同时操作HashMap,建议使用ConcurrentHashMap
负载因子是可以修改的,也可以大于1,但是建议不要轻易修改,除非情况非常特殊

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