當我們面試Java開發崗位時，面試官問的頻率出現最多的問題，就是這個HashMap，不管是傳統型公司還是互聯公司，HashMap是必問的，所以作者爆肝整理了HashMap的23個問題以及答案，請查收！

1、你知道HashMap的資料結構嗎？

HashMap底層是基於陣列 + 連結串列實現的，不過在 jdk1.7 和 1.8 中具體實現稍有不同
HashMap採用Entry陣列來儲存key-value對，每一個鍵值對組成了一個Entry實體，Entry類實際上是一個單向的連結串列結構，它具有Next指標，可以連線下一個Entry實體。只是在JDK1.8中，連結串列長度大於8的時候，連結串列會轉成紅黑樹！
 
2、什麼是Hash衝突，如何解決Hash衝突？
雜湊函式的設計至關重要，好的雜湊函式會盡可能地保證計算簡單和雜湊地址分佈均勻，但是我們需要清楚的是陣列是一塊連續的固定長度的記憶體空間，再好的雜湊函式也不能保證得到的儲存地址絕對不發生衝突。那麼雜湊衝突如何解決呢？雜湊衝突的解決方案有多種:開放定址法（發生衝突，繼續尋找下一塊未被佔用的儲存地址），再雜湊函式法，鏈地址法(陣列+連結串列的形式)。
 
3、用LinkedList代替陣列結構可以嗎？有什麼優缺點？

因為用陣列效率最高！在HashMap中，定位桶的位置是利用元素的key的雜湊值對陣列長度取模得到。此時，我們已得到桶的位置。顯然陣列的查詢效率比LinkedList大；
 
4、HashMap何時擴容以及它的擴容機制？

如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize。load factor為0.75，為了最大程度避免雜湊衝突current capacity為當前陣列大小
 
5、為何HashMap的陣列長度一定是2的次冪？

因為2的n次方實際就是1後面n個0，2的n次方-1，實際就是n個1。
例如長度為8時候，3&(8-1)=3  2&(8-1)=2，不同位置上，不碰撞。
而長度為5的時候，3&(5-1)=0  2&(5-1)=0，都在0上，出現碰撞了。
所以，保證容積是2的n次方，是為了保證在做(length-1)的時候，每一位都能&1,保證地址雜湊均勻分佈
 
6、說一下HashMap在1.7中put元素的過程？ 

  • 判斷當前陣列是否需要初始化。
  • 如果 key 為空，則 put 一個空值進去。
  • 根據 key 計算出 hashcode。
  • 根據計算出的 hashcode 定位出所在桶。
  • 如果桶是一個連結串列則需要遍歷判斷裡面的 hashcode、key 是否和傳入 key 相等，如果相等則進行覆蓋，並返回原來的值。
  • 如果桶是空的，說明當前位置沒有資料存入；新增一個 Entry 物件寫入當前位置

  • 當呼叫 addEntry 寫入 Entry 時需要判斷是否需要擴容。
  • 如果需要就進行兩倍擴充，並將當前的 key 重新 hash 並定位。
  • 而在 createEntry 中會將當前位置的桶傳入到新建的桶中，如果當前桶有值就會在位置形成連結串列。
7、說一下HashMap中get元素的過程？ 

  • 首先也是根據 key 計算出 hashcode，然後定位到具體的桶中。
  • 判斷該位置是否為連結串列。
  • 不是連結串列就根據 key、key 的 hashcode 是否相等來返回值。
  • 為連結串列則需要遍歷直到 key 及 hashcode 相等時候就返回值。
  • 啥都沒取到就直接返回 null
8、說一下HashMap在1.8中put元素的過程？

過程跟1.7差不多，但是多了一些判斷：
  • 當前連結串列的大小是否大於預設的閾值，大於時就要轉換為紅黑樹；
  • 如果當前桶已經為紅黑樹，那就要按照紅黑樹的方式寫入資料；
9、說一下HashMap在1.8中get元素的過程？

  • 首先將 key hash 之後取得所定位的桶。
  • 如果桶為空則直接返回 null 。
  • 否則判斷桶的第一個位置(有可能是連結串列、紅黑樹)的 key 是否為查詢的 key，是就直接返回 value。
  • 如果第一個不匹配，則判斷它的下一個是紅黑樹還是連結串列。
  • 紅黑樹就按照樹的查詢方式返回值。
  • 不然就按照連結串列的方式遍歷匹配返回值。
10、HashMap在JDK8做了哪些優化？
  • 由陣列+連結串列的結構改為陣列+連結串列+紅黑樹。
  • 優化了高位運算的hash演算法：h^(h>>>16)
  • 擴容後，元素要麼是在原位置，要麼是在原位置再移動2次冪的位置，且連結串列順序不變。
 
11、為什麼在解決Hash衝突的時候，不直接用紅黑樹？而是選擇優先使用連結串列，再轉紅黑樹？
  • 因為紅黑樹需要進行左旋，右旋，變色這些操作來保持平衡，而單鏈表不需要；
  • 當元素小於8個當時候，此時做查詢操作，連結串列結構已經能保證查詢效能；
  • 當元素大於8個的時候，此時需要紅黑樹來加快查詢速度，但是新增節點的效率變慢了；
  • 如果一開始就用紅黑樹結構，元素太少，新增效率又比較慢，無疑這是浪費效能的；
 
12、不用紅黑樹用二叉樹可以嗎？
可以。但是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。
 
13、當連結串列轉換成紅黑樹後，什麼時候退化為連結串列？
  • 擴容 resize()時，紅黑樹拆分成的樹的結點數小於等於臨界值6個，則退化成連結串列。
  • 移除元素 remove()時，在removeTreeNode()方法會檢查紅黑樹是否滿足退化條件，與結點數無關。如果紅黑樹根root為空，或者root的左子樹/右子樹為空，root.left.left根的左子樹的左子樹為空，都會發生紅黑樹退化成連結串列。
14、HashMap在併發條件下會有什麼問題？
  • 多執行緒擴容，引起的死迴圈問題
  • 多執行緒put的時候可能導致元素丟失
  • put非null元素後get出來的卻是null
15、在JDK8中還有這些問題嗎？
在jdk1.8中，死迴圈問題已經解決。其他兩個問題還是存在
 
16、HashMap鍵可以是Null嗎？
必須可以，key為null的時候，hash演算法最後的值以0來計算，也就是放在陣列的第一個位置。
 
17、你一般使用什麼作為HashMap的key?
一般用Integer、String這種不可變類當HashMap當key，而且String最為常用。
  • 因為字串是不可變的，所以在它建立的時候hashcode就被快取了，不需要重新計算。這就使得字串很適合作為Map中的鍵，字串的處理速度要快過其它的鍵物件。這就是HashMap中的鍵往往都使用字串。
  • 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,這些類已經很規範的覆寫了hashCode()以及equals()方法。
 
18、當使用物件作為HashMap的Key時有什麼問題嗎？
要重寫equals和hashcode方法。否則會出現以下問題：
hashcode可能發生改變，導致put進去的值，無法get出，如下所示

輸出值如下：

19、HashMap是執行緒安全的嗎？如何實現執行緒安全？

HashMap是執行緒不安全的。
實現方式：
  • 通過Collections.synchronizedMap()來封裝所有不安全的HashMap的方法,就連toString, hashCode都進行了封裝，就是為每一個方法添加了synchronized關鍵字進行修飾。使用的是的synchronized方法,是一種悲觀鎖.在進入之前需要獲得鎖,確保獨享當前物件,然後做相應的修改/讀取。方式簡單粗暴，但是效率低。
  • 使用ConcurrentHashMap。只有在需要修改物件時,比較和之前的值是否被人修改了,如果被其他執行緒修改了,那麼就會返回失敗,是一種無鎖的實現。基於CAS實現，類似於樂觀鎖機制。ConcurrentHashMap採用了"鎖分段"策略,ConcurrentHashMap的主幹是一個一個Segment組,在ConcurrentHashMap中,一個Segment就是一個子雜湊表,Segment裡維護了一個HashEntry陣列，併發環境下，對於不同Segment的資料進行操作是不用考慮鎖競爭的，對於同一個Segment的操作才需考慮執行緒同步。理論上就允許16個執行緒併發執行。
20、請談談ConcurrentHashMap底層實現原理？
在JDK7中ConcurrentHashMap採用了"鎖分段"策略,ConcurrentHashMap的主幹是一個一個Segment組,在ConcurrentHashMap中,一個Segment就是一個子雜湊表,Segment裡維護了一個HashEntry陣列，併發環境下，對於不同Segment的資料進行操作是不用考慮鎖競爭的，對於同一個Segment的操作才需考慮執行緒同步。理論上就允許16個執行緒併發執行。
 
21、ConcurrentHashMap的size()方法實現原理？
  • 要統計整個ConcurrentHashMap的元素個數，可以將每個Segment的count相加，count是volatile變數，可以保證讀到的是最新值，但count可能會在累加過程中發生改變，導致結果不正確。
  • ConcurrentHashMap採用HashMap中的“快速失敗”機制，即設定一個modCount變數，在put，remove，clean方法中都讓modCount++，先嚐試兩次通過不對Segment加鎖的方式統計Size，若發現前後的modCount不一致，則說明容器大小發生了變化，此時再通過鎖住所有Segment的put，remove，clean方法計算count。

22、ConcurrentHashMap中put過程？

因為volatile不保證原子性，所以在put操作中需要對Segment加鎖。

put操作分為兩步：

  • 是否需要擴容
  • 在插入元素前先判斷Segment裡的HashEntry陣列是否超過容量（cap*loadFactor），如果超過閾值，就進行擴容。值得一提的是，在HashMap中，是先插入元素後再檢查是否達到容量，有可能造成擴容之後再也沒有新元素插入，造成空間浪費。
  • 舉個例子，在ConcurrentHashMap中，現有元素正好等於容量，那麼就先判斷是否超過容量（沒有超過），那麼新增新元素（此時超出容量一個元素，但沒有擴容）。而如果是HashMap，則先插入這個元素，發現超出容量，於是擴容，可再也沒有新的元素新增進來了，於是造成了浪費。
  • 定位元素位置
  • 遍歷HashEntry連結串列，找到對應元素位置並更新

23、HashMap和HashTable的區別？

  • HashMap基於陣列和連結串列實現。不考慮Hash衝突的情況下，僅需一次定位就能找到元素。比如在新增元素的時候，通過Hash函式將元素定位Hash表中某個位置，直接將資料存入到該地址上，當我們查詢或者刪除元素，可以直接通過Hash函式定位到該資料。但是沒有什麼事情都是完美的，如果兩個不同的元素，通過雜湊函式得出的實際儲存地址相同怎麼辦？也就是說，當我們對某個元素進行雜湊運算，得到一個儲存地址，然後要進行插入的時候，發現已經被其他元素佔用了，其實這就是所謂的雜湊衝突，也叫雜湊碰撞。HashMap採用了鏈地址法，也就是陣列+連結串列的方式。把相同Hash值的資料放在了連結串列上。當HashMap中的連結串列出現越少，效能才會越好。當發生雜湊衝突並且size大於閾值的時候，需要進行陣列擴容，擴容時，需要新建一個長度為之前陣列2倍的新的陣列，然後將當前的Entry陣列中的元素全部傳輸過去，擴容後的新陣列長度為之前的2倍，所以擴容相對來說是個耗資源的操作。HashMap繼承自AbstractMap,HashMap允許key、value為空。HashMap預設容量是16，且負載因子是0.75。HashMap是執行緒不安全的，效率高。
  • HashTable和HashMap的實現原理幾乎一樣，HashTable不允許key和value為null；HashTable是執行緒安全的。但是HashTable執行緒安全的策略實現代價卻太大了，簡單粗暴，get/put所有相關操作都是synchronized的，這相當於給整個雜湊表加了一把大鎖，多執行緒訪問時候，只要有一個執行緒訪問或操作該物件，那其他執行緒只能阻塞，相當於將所有的操作序列化，在競爭激烈的併發場景中效能就會非常差。

以上是整理的比較全面的HashMap面試題，大家記住答案的同時，最好還是理解其原理，往期精彩面試題解析回顧：