1. 為什麼用HashMap？
2. 簡述一下Map類繼承關係？
3. 解決雜湊衝突的方法？
4. 為什麼HashMap執行緒不安全？
5. resize機制？
6. HashMap的工作原理是什麼？
7. 有什麼方法可以減少碰撞？
8. HashMap中hash函式怎麼是是實現的?
9. 拉鍊法導致的連結串列過深問題為什麼不用二叉查詢樹代替，而選擇紅黑樹？為什麼不一直使用紅黑樹？
10. 說說你對紅黑樹的見解？
11. 解決hash 碰撞還有那些辦法？
12. 如果HashMap的大小超過了負載因子(load factor)定義的容量，怎麼辦？
13. 重新調整HashMap大小存在什麼問題嗎？
14. HashTable
15. HashMap ，HashTable 區別
16. ConcurrentHashMap 原理

17. 我們可以使用CocurrentHashMap來代替Hashtable嗎？

    現在是晚上11點了，學校屠豬館的自習室因為太晚要關閉了，勤奮且疲憊的小魯班也從屠豬館出來了，正準備回宿舍洗洗睡，由於自習室位置比較偏僻所以是接收不到手機網路訊號的，因此小魯班從兜裡掏出手機的時候，資訊可真是炸了呀，小魯班心想，微信群平時都沒什麼人聊天，今晚肯定是發生了什麼大事，仔細一看，才發現原來是小魯班的室友達摩（光頭）拿到了阿里巴巴JAVA開發實習生的offer，此時小魯班真替他室友感到高興的同時，心裡也難免會產生一絲絲的失落感，那是因為自己投了很多份簡歷，別說拿不拿得到offer，就連給面試邀的公司也都寥寥無幾，小魯班這會可真是受到了一萬點真實暴擊，不過小魯班還是很樂觀的，很快調整了心態，帶上耳機，慢慢的走回了宿舍，正打算準備向他那神室友達摩取取經。
    片刻後~

• 小魯班：666，聽說你拿到了阿里的offer，能透露一下面試內容和技巧嗎
  達摩：嘿嘿嘿，沒問題鴨，叫聲爸爸我就告訴你
• 小魯班：baba（表面笑嘻嘻，心裡MMP）
• 達摩：JAVA的基礎知識：資料結構（Map,List,Set等）,設計模式，演算法，執行緒相關，IO/NIO，序列化等等。其次是高階特徵：反射機制，併發與鎖，JVM（GC策略，類載入機制，記憶體模型）等等
• 小魯班：問這麼多內容，那豈不是一個人都面試很久嗎？
• 達摩：不是的，面試官一般都會用連環炮的方式提問的。
• 小魯班：你說的連環炮是什麼意思鴨？
• 達摩：那我舉個例子
  就比如問你HashMap是不是有序的？
  你回答不是有序的。那面試官就會可能繼續問你，有沒有有序的Map實現類呢？
  你如果這個時候說不知道的話，那這塊問題就到此結束了。
  如果你說有TreeMap和LinkedHashMap。那麼面試官接下來就可能會問你，TreeMap和LinkedHashMap是如何保證它的順序的？如果你回答不上來，那麼到此為止。如果你說TreeMap是通過實現SortMap介面，能夠把它儲存的鍵值對根據key排序，基於紅黑樹，從而保證TreeMap中所有鍵值對處於有序狀態。LinkedHashMap則是通過插入排序（就是你put的時候的順序是什麼，取出來的時候就是什麼樣子）和訪問排序（改變排序把訪問過的放到底部）讓鍵值有序。
  那麼面試官還會繼續問你，你覺得它們兩個哪個的有序實現比較好？
  如果你依然可以回答的話，那麼面試官會繼續問你，你覺得還有沒有比它更好或者更高效的實現方式。。無窮無盡深入，直到你回答不出來或者面試官認為問題到底了
  小魯班捏了一把汗，我去。。。這是魔鬼吧，那我們來試試唄（因為小魯班剛剛在自習室才看了這章的知識，想趁機裝一波逼，畢竟剛剛叫了聲爸爸~~）於是達摩and小魯班就開始了對決：

1.為什麼用HashMap？

HashMap是一個雜湊桶（陣列和連結串列），它儲存的內容是鍵值對(key-value)對映
HashMap採用了陣列和連結串列的資料結構，能在查詢和修改方便繼承了陣列的線性查詢和連結串列的定址修改
HashMap是非synchronized，所以HashMap很快
HashMap可以接受null鍵和值，而Hashtable則不能（原因就是equlas()方法需要物件，因為HashMap是後出的API經過處理才可以）

2.簡述一下Map類繼承關係

上面展示了java中Map的繼承圖，Map是一個介面，我們常用的實現類有HashMap、LinkedHashMap、TreeMap，HashTable。HashMap根據key的hashCode值來儲存value，需要注意的是，HashMap不保證遍歷的順序和插入的順序是一致的。HashMap允許有一條記錄的key為null，但是對值是否為null不做要求。HashTable類是執行緒安全的，它使用synchronize來做執行緒安全，全域性只有一把鎖，線上程競爭比較激烈的情況下hashtable的效率是比較低下的。因為當一個執行緒訪問hashtable的同步方法時，其他執行緒再次嘗試訪問的時候，會進入阻塞或者輪詢狀態，比如當執行緒1使用put進行元素新增的時候，執行緒2不但不能使用put來新增元素，而且不能使用get獲取元素。所以，競爭會越來越激烈。相比之下，ConcurrentHashMap使用了分段鎖技術來提高了併發度，不在同一段的資料互相不影響，多個執行緒對多個不同的段的操作是不會相互影響的。每個段使用一把鎖。所以在需要執行緒安全的業務場景下，推薦使用ConcurrentHashMap，而HashTable不建議在新的程式碼中使用，如果需要執行緒安全，則使用ConcurrentHashMap，否則使用HashMap就足夠了。
LinkedHashMap屬於HashMap的子類，與HashMap的區別在於LinkedHashMap儲存了記錄插入的順序。TreeMap實現了SortedMap介面，TreeMap有能力對插入的記錄根據key排序，預設按照升序排序，也可以自定義比較強，在使用TreeMap的時候，key應當實現Comparable。

3. HashMap的工作原理是什麼？

java7和java8在實現HashMap上有所區別，當然java8的效率要更好一些，主要是java8的HashMap在java7的基礎上增加了紅黑樹這種資料結構，使得在桶裡面查詢資料的複雜度從O(n)降到O(logn)，當然還有一些其他的優化，比如resize的優化等。

HashMap是基於hashing的原理，我們使用put(key, value)儲存物件到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取物件。當我們給put()方法傳遞鍵和值時，我們先對鍵呼叫hashCode()方法，計算並返回的hashCode是用於找到Map陣列的bucket位置來儲存Node 物件。這裡關鍵點在於指出，HashMap是在bucket中儲存鍵物件和值物件，作為Map.Node 。

Node<K,V>就是實際儲存我們的key-value對的資料結構，下面是這個資料結構的主要內容：

final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;

以下是HashMap初始化 ，簡單模擬資料結構

以下是具體的put過程（JDK1.8版）

• 對Key求Hash值，然後再計算下標
• 如果沒有碰撞，直接放入桶中（碰撞的意思是計算得到的Hash值相同，需要放到同一個bucket中）
• 如果碰撞了，以連結串列的方式連結到後面

• 如果連結串列長度超過閥值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把連結串列轉成紅黑樹，連結串列長度低於6，就把紅黑樹轉回連結串列
  

• 如果節點已經存在就替換舊值

• 如果桶滿了(容量16*載入因子0.75)，就需要 resize（擴容2倍後重排），直到設定的最大值之後就無法再resize了
  以下是具體get過程(考慮特殊情況如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值物件？)
  當我們呼叫get()方法，HashMap會使用鍵物件的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之後，會呼叫keys.equals()方法去找到連結串列中正確的節點，最終找到要找的值物件。
  　　

4.解決雜湊衝突的方法？

• 有開放地址方法
• 以及鏈地址方法

5.resize機制

HashMap的擴容機制就是重新申請一個容量是當前的2倍的桶陣列，然後將原先的記錄逐個重新對映到新的桶裡面，然後將原先的桶逐個置為null使得引用失效。後面會講到，HashMap之所以執行緒不安全，就是resize這裡出的問題。

6.為什麼HashMap執行緒不安全

上面說到，HashMap會進行resize操作，在resize操作的時候會造成執行緒不安全。下面將舉兩個可能出現執行緒不安全的地方。

• put的時候導致的多執行緒資料不一致。
  這個問題比較好想象，比如有兩個執行緒A和B，首先A希望插入一個key-value對到HashMap中，首先計算記錄所要落到的桶的索引座標，然後獲取到該桶裡面的連結串列頭結點，此時執行緒A的時間片用完了，而此時執行緒B被排程得以執行，和執行緒A一樣執行，只不過執行緒B成功將記錄插到了桶裡面，假設執行緒A插入的記錄計算出來的桶索引和執行緒B要插入的記錄計算出來的桶索引是一樣的，那麼當執行緒B成功插入之後，執行緒A再次被排程執行時，它依然持有過期的連結串列頭但是它對此一無所知，以至於它認為它應該這樣做，如此一來就覆蓋了執行緒B插入的記錄，這樣執行緒B插入的記錄就憑空消失了，造成了資料不一致的行為。
• 另外一個比較明顯的執行緒不安全的問題是HashMap的get操作可能因為resize而引起死迴圈（cpu100%），具體分析如下：

下面的程式碼是resize的核心內容：

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}
}
}

這個方法的功能是將原來的記錄重新計算在新桶的位置，然後遷移過去。

我們假設有兩個執行緒同時需要執行resize操作，我們原來的桶數量為2，記錄數為3，需要resize桶到4，原來的記錄分別為：[3,A],[7,B],[5,C]，在原來的map裡面，我們發現這三個entry都落到了第二個桶裡面。
假設執行緒thread1執行到了transfer方法的Entry next = e.next這一句，然後時間片用完了，此時的e = [3,A], next = [7,B]。執行緒thread2被排程執行並且順利完成了resize操作，需要注意的是，此時的[7,B]的next為[3,A]。此時執行緒thread1重新被排程執行，此時的thread1持有的引用是已經被thread2 resize之後的結果。執行緒thread1首先將[3,A]遷移到新的陣列上，然後再處理[7,B]，而[7,B]被連結到了[3,A]的後面，處理完[7,B]之後，就需要處理[7,B]的next了啊，而通過thread2的resize之後，[7,B]的next變為了[3,A]，此時，[3,A]和[7,B]形成了環形連結串列，在get的時候，如果get的key的桶索引和[3,A]和[7,B]一樣，那麼就會陷入死迴圈。
如果在取連結串列的時候從頭開始取（現在是從尾部開始取）的話，則可以保證節點之間的順序，那樣就不存在這樣的問題了。
綜合上面兩點，可以說明HashMap是執行緒不安全的。

7. 有什麼方法可以減少碰撞？

• 擾動函式可以減少碰撞，原理是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，這就意味著存連結串列結構減小，這樣取值的話就不會頻繁呼叫equal方法，這樣就能提高HashMap的效能。（擾動即Hash方法內部的演算法實現，目的是讓不同物件返回不同hashcode。）
• 使用不可變的、宣告作final的物件，並且採用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生。不可變性使得能夠快取不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取物件的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇。為什麼String, Interger這樣的wrapper類適合作為鍵？因為String是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。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。

8. HashMap中hash函式怎麼是是實現的?

• 我們可以看到在hashmap中要找到某個元素，需要根據key的hash值來求得對應陣列中的位置。如何計算這個位置就是hash演算法。前面說過hashmap的資料結構是陣列和連結串列的結合，所以我們當然希望這個hashmap裡面的元素位置儘量的分佈均勻些，儘量使得每個位置上的元素數量只有一個，那麼當我們用hash演算法求得這個位置的時候，馬上就可以知道對應位置的元素就是我們要的，而不用再去遍歷連結串列。 所以我們首先想到的就是把hashcode對陣列長度取模運算，這樣一來，元素的分佈相對來說是比較均勻的。但是，“模”運算的消耗還是比較大的，能不能找一種更快速，消耗更小的方式，我們來看看JDK1.8的原始碼是怎麼做的（被樓主修飾了一下）

簡單來說就是

1. 高16bt不變，低16bit和高16bit做了一個異或(得到的HASHCODE轉化為32位的二進位制，前16位和後16位低16bit和高16bit做了一個異或)
2. (n·1)&hash=->得到下標
3. 拉鍊法導致的連結串列過深問題為什麼不用二叉查詢樹代替，而選擇紅黑樹？為什麼不一直使用紅黑樹？
   之所以選擇紅黑樹是為了解決二叉查詢樹的缺陷，二叉查詢樹在特殊情況下會變成一條線性結構（這就跟原來使用連結串列結構一樣了，造成很深的問題），遍歷查詢會非常慢。而紅黑樹在插入新資料後可能需要通過左旋，右旋、變色這些操作來保持平衡，引入紅黑樹就是為了查詢資料快，解決連結串列查詢深度的問題，我們知道紅黑樹屬於平衡二叉樹，但是為了保持“平衡”是需要付出代價的，但是該代價所損耗的資源要比遍歷線性連結串列要少，所以當長度大於8的時候，會使用紅黑樹，如果連結串列長度很短的話，根本不需要引入紅黑樹，引入反而會慢。

9. 說說你對紅黑樹的見解？

• 每個節點非紅即黑
• 根節點總是黑色的
• 如果節點是紅色的，則它的子節點必須是黑色的（反之不一定）
• 每個葉子節點都是黑色的空節點（NIL節點）
• 從根節點到葉節點或空子節點的每條路徑，必須包含相同數目的黑色節點（即相同的黑色高度）

10. 解決hash 碰撞還有那些辦法？

開放定址法。
當衝突發生時，使用某種探查技術在散列表中形成一個探查(測)序列。沿此序列逐個單元地查詢，直到找到給定的地址。
按照形成探查序列的方法不同，可將開放定址法區分為線性探查法、二次探查法、雙重雜湊法等。

下面給一個線性探查法的例子　　

問題：已知一組關鍵字為(26，36，41，38，44，15，68，12，06，51)，用除餘法構造雜湊函式，用線性探查法解決衝突構造這組關鍵字的散列表。

前5個關鍵字插入時，其相應的地址均為開放地址，故將它們直接插入T[0]，T[10)，T[2]，T[12]和T[5]中。
當插入第6個關鍵字15時，其雜湊地址2(即h(15)=15％13=2)已被關鍵字41(15和41互為同義詞)佔用。故探查h1=(2+1)％13=3，此地址開放，所以將15放入T[3]中。
當插入第7個關鍵字68時，其雜湊地址3已被非同義詞15先佔用，故將其插入到T[4]中。
當插入第8個關鍵字12時，雜湊地址12已被同義詞38佔用，故探查hl=(12+1)％13=0，而T[0]亦被26佔用，再探查h2=(12+2)％13=1，此地址開放，可將12插入其中。
類似地，第9個關鍵字06直接插入T[6]中；而最後一個關鍵字51插人時，因探查的地址12，0，1，…，6均非空，故51插入T[7]中。

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

預設的負載因子大小為0.75，也就是說，當一個map填滿了75%的bucket時候，和其它集合類(如ArrayList等)一樣，將會建立原來HashMap大小的兩倍的bucket陣列，來重新調整map的大小，並將原來的物件放入新的bucket陣列中。這個過程叫作rehashing，因為它呼叫hash方法找到新的bucket位置。這個值只可能在兩個地方，一個是原下標的位置，另一種是在下標為<原下標+原容量>的位置

12. 重新調整HashMap大小存在什麼問題嗎？

當重新調整HashMap大小的時候，確實存在條件競爭，因為如果兩個執行緒都發現HashMap需要重新調整大小了，它們會同時試著調整大小。在調整大小的過程中，儲存在連結串列中的元素的次序會反過來，因為移動到新的bucket位置的時候，HashMap並不會將元素放在連結串列的尾部，而是放在頭部，這是為了避免尾部遍歷(tail traversing)。如果條件競爭發生了，那麼就死迴圈了。(多執行緒的環境下不使用HashMap）

HashMap的容量是有限的。當經過多次元素插入，使得HashMap達到一定飽和度時，Key對映位置發生衝突的機率會逐漸提高。這時候，HashMap需要擴充套件它的長度，也就是進行Resize。

1. 擴容：建立一個新的Entry空陣列，長度是原陣列的2倍。

2. ReHash：遍歷原Entry陣列，把所有的Entry重新Hash到新陣列。

• 達摩：哎呦，小老弟不錯嘛~~意料之外呀
• 小魯班：嘿嘿，優秀吧，中場休息一波，我先喝口水
• 達摩：不僅僅是這些哦，面試官還會問你相關的集合類對比，比如：

13. HashTable

陣列 + 連結串列方式儲存
預設容量： 11(質數 為宜)
put:

• 索引計算 : （key.hashCode() & 0x7FFFFFFF）% table.length
  若在連結串列中找到了，則替換舊值，若未找到則繼續
  當總元素個數超過容量*載入因子時，擴容為原來 2 倍並重新雜湊。
  將新元素加到連結串列頭部
  對修改 Hashtable 內部共享資料的方法添加了 synchronized，保證執行緒安全。

14. HashMap ，HashTable 區別

預設容量不同。擴容不同
執行緒安全性，HashTable 安全
效率不同 HashTable 要慢因為加鎖

15. ConcurrentHashMap 原理

1、最大特點是引入了 CAS（藉助 Unsafe 來實現【native code】）

CAS有3個運算元：

• 記憶體值V
• 舊的預期值A
• 要修改的新值B。

當且僅當預期值A和記憶體值V相同時，將記憶體值V修改為B，否則什麼都不做。
Unsafe 藉助 CPU 指令 cmpxchg 來實現

使用例項：

• 對 sizeCtl 的控制都是用 CAS 來實現的
• sizeCtl ：預設為0，用來控制 table 的初始化和擴容操作。

-1 代表table正在初始化

N 表示有 -N-1 個執行緒正在進行擴容操作

如果table未初始化，表示table需要初始化的大小。

如果table初始化完成，表示table的容量，預設是table大小的0.75倍，居然用這個公式算0.75（n - (n >>> 2)）。

CAS 會出現的問題：ABA

對變數增加一個版本號，每次修改，版本號加 1，比較的時候比較版本號。

16. 我們可以使用CocurrentHashMap來代替Hashtable嗎？

我們知道Hashtable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步效能更好，因為它僅僅根據同步級別對map的一部分進行上鎖。ConcurrentHashMap當然可以代替HashTable，但是HashTable提供更強的執行緒安全性。它們都可以用於多執行緒的環境，但是當Hashtable的大小增加到一定的時候，效能會急劇下降，因為迭代時需要被鎖定很長的時間。因為ConcurrentHashMap引入了分割(segmentation)，不論它變得多麼大，僅僅需要鎖定map的某個部分，而其它的執行緒不需要等到迭代完成才能訪問map。簡而言之，在迭代的過程中，ConcurrentHashMap僅僅鎖定map的某個部分，而Hashtable則會鎖定整個map。

• 此時躺著床上的張飛哄了一聲：睡覺了睡覺了~

• 見此不太妙：小魯班立馬回到床上（泉水），把被子蓋過頭，心裡有一絲絲愉悅感，不對。好像還沒洗澡。。。

  by the way

CocurrentHashMap在JAVA8中存在一個bug，會進入死迴圈，原因是遞迴建立ConcurrentHashMap 物件，但是在1.9已經修復了,場景重現如下：

想了解更多面經和開發小技能，歡迎掃描下方的二維碼，持續關注！

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