java面试题：Hashmap常见面试题_java hashmap面试题

Hashmap详解

一.底层实现概述

1. hashmap底层是使用数组+链表+红黑树实现的，初始容量为16，默认的负载因子为0.75，每次扩容为原来的两倍。
2. 插入元素：首先将元素的hashcode值高16位与低16位异或得到hash值，之后将hash值与数组的长度-1进行与操作来得到桶的位置，如果发现hash冲突的话，那么就通过拉链来解决问题，如果没有冲突，那就new一个新的链表放进桶中，每次插入是尾插法。当链表长度大于8时，就会转化为红黑树。
3. 查找元素：与插入相似，首先获取到hash值，然后找到桶，开始遍历链表或者红黑树，每次查找首先比较hashcode方法，如果hashcode相同，再比较equals方法。

二.细节实现

1. 初始容量的表现形式？为什么初始容量是16？
答：初始容量为16，但是表达形式是以位运算的形式写的，因为位运算比较快。设置为16的原因是因为是2的整数次幂，这样在hash的时候就可以减少碰撞。因为hash的操作是index = hash & （length -1），此时为15也就是1111，这样得到的结果其实就是hash的后几位，只要hash分布均匀，那么index也就是分步均匀的。

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
1

2. 扩容机制是什么？什么时候扩容？如何扩容？
1）当容量达到（目前容量*负载因子）的大小时，就要开始扩容，这样做的目的是减少hash的碰撞
2）每次扩容都会新建一个两倍容量的数组，将原来的元素重新hash进去
3）为什么不是复制进去呢？因为数组的长度变了，hash的规则也就变了，hash是与数组的长度-1操作

3. hash函数是如何实现的？为什么要先用hashcode的16位进行异或操作？为什么与的是length-1？
答：
1）首先将元素hashcode值的高16位与低16位异或操作，作为hash值，然后与数组长度-1进行与操作，得到数组的位置。
2）当数组长度比较小的时候，长度的高位全部为0，那么此时与hashcode进行与操作对结果改变影响不大，这样会增大hash碰撞的几率。所以要先用hashcode的前后16为进行异或操作
3）因为hash的操作是index = hash & （length -1），此时为15也就是1111，这样得到的结果其实就是hash的后几位，只要hash分布均匀，那么index也就是分步均匀的。

三.hashmap的put，get方法原理

1. put过程：
1）首先将元素的hashcode高16位与低16位进行异或操作，再与length-1进行与操作，得到hash值，也就是桶的位置
2）之后查看桶中是否存有链表（红黑树），如果有的话就直接进行遍历，首先判断两个元素的hashcode是否相同，如果相同就再比较equals方法，如果为重复元素就进行覆盖，如果不是就直接尾插法插入链表（红黑树）
3）如果链表长度超过8，就自动转为红黑树
2. get过程：
get过程和put过程基本相似

四.常见面试问题

1. 为什么要转为红黑树？为什么不直接开始就使用红黑树？
1）因为当长度过长，遍历链表的时间也会原来越长，用红黑树可以减少遍历时间
2）如果一开始就使用红黑树，那么就要进行左旋，右旋，变色等操作，在元素个数较小的时候会消耗时间，并且遍历时间消耗与链表没什么区别

2.可不可以使用二叉树，不用红黑树？为什么阈值是8？

1）可以使用二叉树，但是使用二叉树可能会出现只有左子树或者右子树的情况，这样和链表没什么区别
2）阈值是8是因为泊松分布，单个hash槽中元素为8的概率小于百万分之一，所以选择7为分水岭，为7不做操作

3.一般使用什么作为key？
1） 一般使用String，Integer这种不可变类作为key，因为这样的话在对象创建之后hashcode就是定值， 并且这种类已经很好的实现了hashcode与equals方法的重写

4.为什么重写equals方法之后还要重写hashcode方法？
1）因为hashcode生成是一串定长的数字，当数据量很大时候，难免会出现不同对象hashcode相同的情况。也就是说hashcode相同，元素不一定相同，hashcoede不同，元素一定不同

5.hashmap如何解决线程不安全的情况？
1）使用HashTable 或 ConcurrentHashMap，但是推荐ConcurrentHashMap，因为hashtable加锁的方式很粗暴，加的是整个add方法，也就是锁住了整个数组，后者仅仅是锁住了一个node节点。

6.hashmap如何解决hash冲突，为什么hashmap中的链表需要转成红黑树？
1）hash冲突之后使用拉链解决，当链表的长度超过8会转为红黑树
2）因为当长度过长，遍历链表的时间也会原来越长，用红黑树可以减少遍历时间

7.hashmap什么时候会触发扩容？
1）容量达到负载因子就进行扩容

8.hashmap扩容时每个entry需要再计算一次hash吗？
1）在jdk7中是需要进行重新hash的，但是在jdk8中做了一定的优化
2）只需要看原来的hash值在扩容后新增的那一位是1还是0，如果是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap
3）具体优化细节在下面有讲解

9. jdk1.8之前并发操作hashmap时为什么会有死循环的问题？
1）
1）因为jdk8之前插入是头插法，并且线程不安全的，可能两个线程同时进行扩容，这样就会导致一个链表中会出现循环链表的情况
2）jdk8中改成了尾插法，就不会出现这种问题。
3）具体详细解释可以看这篇博客：hashmap死循环详解

五.JDK8中对于扩容rehash的优化

• 对于扩容机制我们知道，每次达到负载因子就扩容为原来的两倍，之后由于数组的长度变了，所以重新插入元素的时候需要重新进行hash，但是这样会非常的浪费时间，所以jdk8对rehash进行了优化

5.1举例

• 假设原数组长度 capacity 为 16，扩容之后 new capacity 为 32：
  old capacity : 00010000
  new capacity : 00100000
• 下标的计算方法，对于一个 Key，
• 如原Hash值 key1 = 0001 1001 key2 = 0000 1001
  扩容前 hash & (length - 1) :
  key1 : 0001 1001 & 0000 1111 -> 0000 1001
  key2 : 0000 1001 & 0000 1111 -> 0000 1001

扩容后 hash & (length - 1) :
key1 : 0001 1001 & 0001 1111 -> 0001 1001
key2 : 0000 1001 & 0001 1111 -> 0000 1001

因此，我们在扩充HashMap的时候，不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，
只需要看原来的hash值在扩容后新增的那一位是1还是0，如果是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”

六.总结

面试官问到hashmap与hashtable的区别的时候，其实真正的区别就是两个：
1.线程安全与不安全
2.hashmap的键值可以为null

但是实际上回答这两点我觉得是不够的！
你还需要将hashtable加锁的方式说明一下，是用sy关键字锁住整个数组，所以推荐用ConcurrentHashMap进行线程安全的解决。

并且概述一下hashmap的底层实现。

如果面试问到请讲一讲hashmap的底层实现：
1.首先概述实现，存，取
2.之后介绍参数：初始容量，负载因子，红黑树的阈值
3.再介绍扩容机制，原理
4.最后介绍hash函数等