【java集合】HashMap常見面試題

2017年05月25日 18:20:56 閱讀數：3155 標籤： java hashmap 更多

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一、HashMap原理

1.1 HashMap特性？

　　HashMap的特性：HashMap儲存鍵值對，實現快速存取資料；允許null鍵/值；非同步；不保證有序(比如插入的順序)。實現map介面。

1.2 HashMap的原理，內部資料結構？

　　HashMap是基於hashing的原理，底層使用雜湊表（陣列 + 連結串列）實現。裡邊最重要的兩個方法put、get，使用put(key, value)儲存物件到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取物件。
　　儲存物件時，我們將K/V傳給put方法時，它呼叫hashCode計算hash從而得到bucket位置，進一步儲存，HashMap會根據當前bucket的佔用情況自動調整容量(超過Load Facotr則resize為原來的2倍)。獲取物件時，我們將K傳給get，它呼叫hashCode計算hash從而得到bucket位置，並進一步呼叫equals()方法確定鍵值對。如果發生碰撞的時候，Hashmap通過連結串列將產生碰撞衝突的元素組織起來，在Java 8中，如果一個bucket中碰撞衝突的元素超過某個限制(預設是8)，則使用紅黑樹來替換連結串列，從而提高速度。

1.3 講一下 HashMap 中 put 方法過程？

1.對key的hashCode做hash操作，然後再計算在bucket中的index（1.5 HashMap的雜湊函式）；
2.如果沒碰撞直接放到bucket裡；
3.如果碰撞了，以連結串列的形式存在buckets後；
4.如果節點已經存在就替換old value(保證key的唯一性)
5.如果bucket滿了(超過閾值，閾值=loadfactor*current capacity，load factor預設0.75)，就要resize。

1.4 get()方法的工作原理？

　　通過對key的hashCode()進行hashing，並計算下標( n-1 & hash)，從而獲得buckets的位置。如果產生碰撞，則利用key.equals()方法去連結串列中查詢對應的節點。

1.5 HashMap中hash函式怎麼是是實現的？還有哪些 hash 的實現方式？

　　1. 對key的hashCode做hash操作（高16bit不變，低16bit和高16bit做了一個異或）；
　　2. h & (length-1); //通過位操作得到下標index。

　　還有數字分析法、平方取中法、分段疊加法、 除留餘數法、 偽隨機數法。

1.6 HashMap 怎樣解決衝突？

　　HashMap中處理衝突的方法實際就是鏈地址法，內部資料結構是陣列+單鏈表。

1.6.1 擴充套件問題1：當兩個物件的hashcode相同會發生什麼？

　　因為兩個物件的Hashcode相同，所以它們的bucket位置相同，會發生“碰撞”。HashMap使用連結串列儲存物件，這個Entry(包含有鍵值對的Map.Entry物件)會儲存在連結串列中。

1.6.2 擴充套件問題2：拋開 HashMap，hash 衝突有那些解決辦法？

　　開放定址法、鏈地址法、再雜湊法。

1.7 如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值物件？

　　重點在於理解hashCode()與equals()。
　　通過對key的hashCode()進行hashing，並計算下標( n-1 & hash)，從而獲得buckets的位置。兩個鍵的hashcode相同會產生碰撞，則利用key.equals()方法去連結串列或樹（java1.8）中去查詢對應的節點。

1.8 針對 HashMap 中某個 Entry 鏈太長，查詢的時間複雜度可能達到 O(n)，怎麼優化？

　　將連結串列轉為紅黑樹，實現 O(logn) 時間複雜度內查詢。JDK1.8 已經實現了。

1.9 如果HashMap的大小超過了負載因子(load factor)定義的容量，怎麼辦？

　　擴容。這個過程也叫作rehashing，因為它重建內部資料結構，並呼叫hash方法找到新的bucket位置。
　　大致分兩步：
　　1.擴容：容量擴充為原來的兩倍（2 * table.length）；
　　2.移動：對每個節點重新計算雜湊值，重新計算每個元素在陣列中的位置，將原來的元素移動到新的雜湊表中。
　　
補充：
loadFactor：載入因子。預設值DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f；
capacity：容量；
threshold：閾值=capacity*loadFactor。當HashMap中儲存資料的數量達到threshold時，就需要將HashMap的容量加倍（capacity*2）；
size：HashMap的大小，它是HashMap儲存的鍵值對的數量。

1.10 為什麼String, Interger這樣的類適合作為鍵？

　　String, Interger這樣的類作為HashMap的鍵是再適合不過了，而且String最為常用。
　　因為String物件是不可變的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。
　　1.不可變性是必要的，因為為了要計算hashCode()，就要防止鍵值改變，如果鍵值在放入時和獲取時返回不同的hashcode的話，那麼就不能從HashMap中找到你想要的物件。不可變性還有其他的優點如執行緒安全。
　　注：String的不可變性可以看這篇文章《【java基礎】淺析String》。
　　2.因為獲取物件的時候要用到equals()和hashCode()方法，那麼鍵物件正確的重寫這兩個方法是非常重要的。如果兩個不相等的物件返回不同的hashcode的話，那麼碰撞的機率就會小些，這樣就能提高HashMap的效能。

二、HashMap與HashTable區別

　　Hashtable可以看做是執行緒安全版的HashMap，兩者幾乎“等價”（當然還是有很多不同）。Hashtable幾乎在每個方法上都加上synchronized（同步鎖），實現執行緒安全。

2.1 區別

　　1.HashMap繼承於AbstractMap，而Hashtable繼承於Dictionary；
　　2.執行緒安全不同。Hashtable的幾乎所有函式都是同步的，即它是執行緒安全的，支援多執行緒。而HashMap的函式則是非同步的，它不是執行緒安全的。若要在多執行緒中使用HashMap，需要我們額外的進行同步處理；
　　3.null值。HashMap的key、value都可以為null。Hashtable的key、value都不可以為null；
　　4.迭代器(Iterator)。HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以當有其它執行緒改變了HashMap的結構（增加或者移除元素），將會丟擲ConcurrentModificationException。
　　5.容量的初始值和增加方式都不一樣：HashMap預設的容量大小是16；增加容量時，每次將容量變為“原始容量x2”。Hashtable預設的容量大小是11；增加容量時，每次將容量變為“原始容量x2 + 1”；
　　6.新增key-value時的hash值演算法不同：HashMap新增元素時，是使用自定義的雜湊演算法。Hashtable沒有自定義雜湊演算法，而直接採用的key的hashCode()。
　　7.速度。由於Hashtable是執行緒安全的也是synchronized，所以在單執行緒環境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要單一執行緒，那麼使用HashMap效能要好過Hashtable。

2.2 能否讓HashMap同步？

　　HashMap可以通過下面的語句進行同步：Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);