HashMap常見問題整理

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一、HashMap實現原理

你看過HashMap源碼嘛，知道原理嘛?

HashMap採用Entry數組來存儲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鏈表結構，它具有Next指針，可以連接下一個Entry實體。
只是在JDK1.8中，鏈表長度大於8的時候，鏈表會轉成紅黑樹！

爲什麼用數組+鏈表？

數組是用來確定桶的位置，利用元素的key的hash值對數組長度取模得到.
鏈表是用來解決hash衝突問題，當出現hash值一樣的情形，就在數組上的對應位置形成一條鏈表

hash衝突你還知道哪些解決辦法？

比較出名的有四種：開放定址法、鏈地址法、再哈希法、公共溢出區域法

開放地址法
從發生衝突的那個單元起，按照一定的次序，從哈希表中找到一個空閒的單元。然後把發生衝突的元素存入到該單元的一種方法。開放定址法需要的表長度要大於等於所需要存放的元素。
再散列
當發生衝突時，使用第二個、第三個、哈希函數計算地址，直到無衝突時。缺點：計算時間增加。
鏈接地址法的思路是將哈希值相同的元素構成一個同義詞的單鏈表，並將單鏈表的頭指針存放在哈希表的第i個單元中，查找、插入和刪除主要在同義詞鏈表中進行。在java中，鏈接地址法也是HashMap解決哈希衝突的方法之一。
公共溢出區域法
將哈希表分爲公共表和溢出表，當溢出發生時，將所有溢出數據統一放到溢出區。

我用LinkedList代替數組結構可以麼?

答案很明顯，必須是可以的。
既然是可以的,爲什麼HashMap不用LinkedList,而選用數組?
因爲用數組效率最高！
在HashMap中，定位桶的位置是利用元素的key的哈希值對數組長度取模得到。此時，我們已得到桶的位置。顯然數組的查找效率比LinkedList大。

既然是可以的,爲什麼HashMap不用LinkedList，而選用數組?

因爲採用基本數組結構，擴容機制可以自己定義，HashMap中數組擴容剛好是2的次冪，在做取模運算的效率高。
而ArrayList的擴容機制是1.5倍擴容，那ArrayList爲什麼是1.5倍擴容這就不在本文說明了。

二、HashMap在什麼條件下擴容

HashMap在什麼條件下擴容

如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize。
load factor爲0.75，爲了最大程度避免哈希衝突
current capacity爲當前數組大小。

爲什麼擴容是2的次冪

HashMap爲了存取高效，要儘量較少碰撞，就是要儘量把數據分配均勻，每個鏈表長度大致相同，這個實現就在把數據存到哪個鏈表中的算法；這個算法實際就是取模，hash%length。
但是，大家都知道這種運算不如位移運算快。
因此，源碼中做了優化hash&(length-1)。
也就是說hash%length==hash&(length-1)
位運算比較高效，當b爲2的n次方時，有如下替換公式：
a % b = a & (b-1)(b=2n)
即：a % 2n = a & (2n-1)

爲什麼爲什麼要先高16位異或低16位再取模運算

hashmap這麼做，只是爲了降低hash衝突的機率。

比如，當我們的length爲16的時候，哈希碼(字符串“abcabcabcabcabc”的key對應的哈希碼)對(16-1)與操作，對於多個key生成的hashCode，只要哈希碼的後4位爲0，不論不論高位怎麼變化，最終的結果均爲0。
如下圖所示

而加上高16位異或低16位的“擾動函數”後，結果如下

三、hashmap的get/put的過程

知道hashmap中put元素的過程是什麼樣嗎

對key的hashCode()做hash運算，計算index;
如果沒碰撞直接放到bucket裏；
如果碰撞了，以鏈表的形式存在buckets後；
如果碰撞導致鏈表過長(大於等於TREEIFY_THRESHOLD)，就把鏈表轉換成紅黑樹(JDK1.8中的改動)；
如果節點已經存在就替換old value(保證key的唯一性)
如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize。

知道hashmap中get元素的過程是什麼樣嗎

對key的hashCode()做hash運算，計算index;
如果在bucket裏的第一個節點裏直接命中，則直接返回；
如果有衝突，則通過key.equals(k)去查找對應的Entry;
若爲樹，則在樹中通過key.equals(k)查找，O(logn)；
若爲鏈表，則在鏈表中通過key.equals(k)查找，O(n)。

你還知道哪些hash算法？

先說一下hash算法幹嘛的，Hash函數是指把一個大範圍映射到一個小範圍。把大範圍映射到一個小範圍的目的往往是爲了節省空間，使得數據容易保存。
比較出名的有MurmurHash、MD4、MD5等等

說說String中hashcode的實現?(此題頻率很高)

public int hashCode() {
    int h = hash;
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;

        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        hash = h;
    }
    return h;
}

String類中的hashCode計算方法還是比較簡單的，就是以31爲權，每一位爲字符的ASCII值進行運算，用自然溢出來等效取模。

主要是因爲31是一個奇質數，所以31i=32i-i=(i<<5)-i，這種位移與減法結合的計算相比一般的運算快很多。

四、爲什麼hashmap的在鏈表元素數量超過8時改爲紅黑樹

知道jdk1.8中hashmap改了啥嗎

由數組+鏈表的結構改爲數組+鏈表+紅黑樹。
優化了高位運算的hash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，且鏈表順序不變。

最後一條是重點，因爲最後一條的變動，hashmap在1.8中，不會在出現死循環問題。

爲什麼在解決hash衝突的時候，不直接用紅黑樹?而選擇先用鏈表，再轉紅黑樹

因爲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，鏈表結構已經能保證查詢性能。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。
因此，如果一開始就用紅黑樹結構，元素太少，新增效率又比較慢，無疑這是浪費性能的。

我不用紅黑樹，用二叉查找樹可以麼

可以。但是二叉查找樹在特殊情況下會變成一條線性結構（這就跟原來使用鏈表結構一樣了，造成很深的問題），遍歷查找會非常慢。

當鏈表轉爲紅黑樹後，什麼時候退化爲鏈表

爲6的時候退轉爲鏈表。中間有個差值7可以防止鏈表和樹之間頻繁的轉換。假設一下，如果設計成鏈表個數超過8則鏈表轉換成樹結構，鏈表個數小於8則樹結構轉換成鏈表，如果一個HashMap不停的插入、刪除元素，鏈表個數在8左右徘徊，就會頻繁的發生樹轉鏈表、鏈表轉樹，效率會很低。

五、HashMap的併發問題

HashMap在併發編程環境下有什麼問題

多線程擴容，引起的死循環問題
多線程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

在jdk1.8中還有這些問題麼

在jdk1.8中，死循環問題已經解決。其他兩個問題還是存在。
https://coolshell.cn/articles/9606.html

六、你一般用什麼作爲HashMap的key

健可以爲Null值麼

可以，key爲null的時候，hash算法最後的值以0來計算，也就是放在數組的第一個位置。

你一般用什麼作爲HashMap的key

一般用Integer、String這種不可變類當HashMap當key，而且String最爲常用。

因爲字符串是不可變的，所以在它創建的時候hashcode就被緩存了，不需要重新計算。這就使得字符串很適合作爲Map中的鍵，字符串的處理速度要快過其它的鍵對象。這就是HashMap中的鍵往往都使用字符串。
因爲獲取對象的時候要用到equals()和hashCode()方法，那麼鍵對象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。

我用可變類當HashMap的key有什麼問題

hashcode可能發生改變，導致put進去的值，無法get出。

如果讓你實現一個自定義的class作爲HashMap的key該如何實現

針對問題一，記住下面四個原則

兩個對象相等，hashcode一定相等
兩個對象不等，hashcode不一定不等
hashcode相等，兩個對象不一定相等
hashcode不等，兩個對象一定不等

如何寫一個不可變類

類添加final修飾符，保證類不被繼承
保證所有成員變量必須私有，並且加上final修飾
不提供改變成員變量的方法，包括setter

通過構造器初始化所有成員，進行深拷貝(deep copy)

public final class MyImmutableDemo {  
    private final int[] myArray;  
    public MyImmutableDemo(int[] array) {  
        this.myArray = array.clone();   
    }   
}

在getter方法中，不要直接返回對象本身，而是克隆對象。