永不过时的八股,一些分析可能不太准确,但是一般的面试足够了。

常见面试题

底层数据结构,1.7 与 1.8 有何不同

1.7 采用数组+链表

1.8 采用数组+链表或红黑树

1.8 为何要用红黑树

如果某一数组位置的链表太长,是很影响 hashmap 性能的,转红黑树可以让查询效率快很多。

但是正常情况下,链表的长度是不会超过 8 的,一般长度都是 0-4,到 6 就已经非常少了。当有人恶意使用 DoS 攻击才会造成超过 8 的情况,导致我们链表过长,查询非常慢。 所以,红黑树用来避免 Dos 攻击。

为什么一上来不直接树化

在链表比较短的情况下,查询性能实际要比树更快,占内存也更小,所以一上来就树化是没必要的

何时会树化

链表长度超过树化阈值 8,数组长度大于等于64

何时退化

在扩容时如果拆分树时,树元素个数 <= 6 则会退化链表

remove 树节点时,移除前若 rootroot.leftroot.rightroot.left.left 有一个为 null ,也会退化为链表

树化的阈值为何是 8

按照泊松分布,在默认负载因子 0.75 的情况下,长度超过 8 的链表出现的概率非常非常小,也就是为了让树化的几率足够小。

索引的计算方法

  • 首先,计算对象的 hashCode()
  • 再进行调用 HashMap 的 hash() 方法进行二次哈希

    • 二次 hash() 是为了综合高位数据,让哈希分布更为均匀
  • 最后 & (capacity – 1) 得到索引

为什么要二次 hash

二次 hash 是为了配合 容量是 2 的 n 次幂 这一设计前提,如果 hash 表的容量不是 2 的 n 次幂,则不必二次 hash。容量是 2 的 n 次幂 这一设计计算索引效率更高,但 hash 的分散性就不好,需要二次 hash 来作弥补,没有采用这一设计的典型例子是 Hashtable

那为什么要用数组容量是 2 的 n 次幂

我们都知道,拿到对象的 hashcode 值后,需要对它与数组长度取模,但取模运算效率较低,可以采用另一个效率更高的位于运算方法,但前提是数组长度为 2 的 n 次幂。另外,扩容时重新计算索引效率更高, hash & oldCap == 0 的元素留在原来位置 ,剩下元素的新位置 = 旧位置 + 旧容量

HashMap底层结构

首先 HashMap 维护了一个数组,数组中存储的数据类型为 entry(键值对),也就是每个 key-value 键值对被称为一个 entry 实体。entry 类是一个单向链表结构,维护了一个 next 属性指向下一个 entry。每个 entry 要添加到 map 中,首先要计算 key 的 hashcode,对 hashcode 取模操作,根据结果(称为桶下表)来把 entry 存放在数组中对应的索引位置。jdk1.8 当某个数组索引位置上挂载的 entry 链表长度超过 8 时,先判断数组长度是否达到 64,未达到则先扩容数组为原来 2 倍(对应下文的扩容机制),达到 64 才就把链表转为红黑树,所以链表长度超过 8 但还没转红黑树的情况是存在的。(这段大家需要好好看源码才能理解更透彻)

TreeMapTreeSet 以及 jdk1.8 之后的 HashMap 底层都用到了红黑树。红黑树就是为了解决二叉查找树的缺陷,二叉查找树在某些情况下会退化成一个线性结构。

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)   //MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64
        resize();
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
        do {
            TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
            if (tl == null)
                hd = p;
            else {
                p.prev = tl;
                tl.next = p;
            }
            tl = p;
        } while ((e = e.next) != null);
        if ((tab[index] = hd) != null)
            hd.treeify(tab);
    }
}

node 是 entry 的实现类。其中维护属性有 hash(记录hash值),keyvaluenext(指向下一个节点),然后重写了 equals()hashCode() 方法。

HashMap属性字段

  • table 一个 Node[] 数组
  • entrySet 存放 map 中所有的 entry,便于遍历等操作
  • size table 中被使用的数量
  • modCount 是一个计数器,主要记录 HashMap 操作的次数,比如 put 操作
  • loadFactor 负载因子,默认值是 0.75

另外,tableentrySetsizemodCount 使用了 transient 修饰,不让它们被序列化。

transient

这跟 Java 的序列化有关,我们都知道 Java 传输对象或者IO存储时需要把对象进行序列化处理,但是有些敏感字段我们不希望被序列化,不希望被传输,就可以添加这个 trainsient

key的要求

  • HashMap 的 key 可以为 null,但 Map 的其他实现则不行
  • 作为 key 的对象,必须实现 hashCode 和 equals,并且 key 的内容不能修改(不可变),如果 key 可变,例如修改了 age 会导致再次查询时查询不到
  • key 的 hashCode 应该有良好的散列性

put流程

  1. HashMap 是懒惰创建数组的,首次使用才创建数组
  2. 计算索引(桶下标)
  3. 如果桶下标还没人占用,创建 Node 占位返回
  4. 如果桶下标已经有人占用

    1. 已经是 TreeNode 走红黑树的添加或更新逻辑
    2. 是普通 Node,走链表的添加或更新逻辑,如果链表长度超过树化阈值,走树化逻辑
  5. 返回前检查数组容量是否超过阈值,一旦超过进行扩容

HashMap扩容机制

默认 HashMap 的长度是 16,loadFactor 负载因子为 0.75,table 数组被使用了 75% 以上 或者 某一位置的链表长度大于 8 时,都会扩容为原来的 2 倍。扩容是一个比较消耗资源的操作,需要为数组分配更多的空间,好处就是数组长度更长了,可以使哈希算法更加均匀,碰撞更少。

并发问题

HashMap 多线程操作导致死循环问题

主要原因在于并发下的 Rehash 会造成元素之间会形成一个循环链表。不过,jdk1.8 后解决了这个问题,但还是不建议在多线程下使用 HashMap,还会出现数据错乱的问题;并发环境下推荐使用 ConcurrentHashMap



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Last modification:November 4th, 2021 at 11:24 pm
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