让我再撸一次HashMap

可以看到: 扰动函数优化前:1954974080 % 16 = 1954974080 & (16 – 1) = 0 扰动函数优化后:1955003654 % 16 = 1955003654 & (16 – 1) = 6 很显然,减少了碰撞的几率。

(3)讲讲hashmap的get/put的过程?

此题可以组成如下连环炮来问

  • 知道hashmap中put元素的过程是什么样么?

  • 知道hashmap中get元素的过程是什么样么?

  • 你还知道哪些hash算法?

  • 说说String中hashcode的实现?(此题很多大厂问过)

知道hashmap中put元素的过程是什么样么?

对key的hashCode()做hash运算,计算index;

如果没碰撞直接放到bucket里;

如果碰撞了,以链表的形式存在buckets后;

如果碰撞导致链表过长(大于等于TREEIFY_THRESHOLD),就把链表转换成红黑树(JDK1.8中的改动);

如果节点已经存在就替换old value(保证key的唯一性)

如果bucket满了(超过load factor*current capacity),就要resize。

知道hashmap中get元素的过程是什么样么?

对key的hashCode()做hash运算,计算index;

如果在bucket里的第一个节点里直接命中,则直接返回;

如果有冲突,则通过key.equals(k)去查找对应的Entry;

  • 若为树,则在树中通过key.equals(k)查找,O(logn);

  • 若为链表,则在链表中通过key.equals(k)查找,O(n)。

你还知道哪些hash算法?

先说一下hash算法干嘛的,Hash函数是指把一个大范围映射到一个小范围。把大范围映射到一个小范围的目的往往是为了节省空间,使得数据容易保存。

比较出名的有MurmurHash、MD4、MD5等等

说说String中hashcode的实现?(此题频率很高)

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类中的hashCode计算方法还是比较简单的,就是以31为权,每一位为字符的ASCII值进行运算,用自然溢出来等效取模。

哈希计算公式可以计为 s[0]31^(n-1) + s[1]31^(n-2) + … + s[n-1]

那为什么以31为质数呢?

主要是因为31是一个奇质数,所以 31*i=32*i-i=(i<<5)-i ,这种位移与减法结合的计算相比一般的运算快很多。

(4)为什么hashmap的在链表元素数量超过8时改为红黑树?

此题可以组成如下连环炮来问

  • 知道jdk1.8中hashmap改了啥么?

  • 为什么在解决hash冲突的时候,不直接用红黑树?而选择先用链表,再转红黑树?

  • 我不用红黑树,用二叉查找树可以么?

  • 那为什么阀值是8呢?

  • 当链表转为红黑树后,什么时候退化为链表?

知道jdk1.8中hashmap改了啥么?

  • 数组+链表 的结构改为 数组+链表+红黑树

  • 优化了高位运算的hash算法:h^(h>>>16)

  • 扩容后,元素要么是在原位置,要么是在原位置再移动2次幂的位置,且链表顺序不变。

最后一条是重点,因为最后一条的变动,hashmap在1.8中,不会在出现死循环问题。

为什么在解决hash冲突的时候,不直接用红黑树?而选择先用链表,再转红黑树?

因为红黑树需要进行左旋,右旋,变色这些操作来保持平衡,而单链表不需要。

当元素小于8个当时候,此时做查询操作,链表结构已经能保证查询性能。当元素大于8个的时候,此时需要红黑树来加快查询速度,但是新增节点的效率变慢了。

因此,如果一开始就用红黑树结构,元素太少,新增效率又比较慢,无疑这是浪费性能的。

我不用红黑树,用二叉查找树可以么?

可以。但是二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构(这就跟原来使用链表结构一样了,造成很深的问题),遍历查找会非常慢。

那为什么阀值是8呢?

不知道,等jdk作者来回答。

这道题,网上能找到的答案都是扯淡。

我随便贴一个牛客网的答案,如下图所示

看出bug没?交点是6.64?交点分明是4,好么。

log4=2,4/2=2。

jdk作者选择8,一定经过了严格的运算,觉得在长度为8的时候,与其保证链表结构的查找开销,不如转换为红黑树,改为维持其平衡开销。

当链表转为红黑树后,什么时候退化为链表?

为6的时候退转为链表。中间有个差值7可以防止链表和树之间频繁的转换。假设一下,如果设计成链表个数超过8则链表转换成树结构,链表个数小于8则树结构转换成链表,如果一个HashMap不停的插入、删除元素,链表个数在8左右徘徊,就会频繁的发生树转链表、链表转树,效率会很低。

(5)HashMap的并发问题?

此题可以组成如下连环炮来问

  • HashMap在并发编程环境下有什么问题啊?

  • 在jdk1.8中还有这些问题么?

  • 你一般怎么解决这些问题的?

HashMap在并发编程环境下有什么问题啊?

  • (1)多线程扩容,引起的死循环问题

  • (2)多线程put的时候可能导致元素丢失

  • (3)put非null元素后get出来的却是null

在jdk1.8中还有这些问题么?

在jdk1.8中,死循环问题已经解决。其他两个问题还是存在。

你一般怎么解决这些问题的?

比如ConcurrentHashmap,Hashtable等线程安全等集合类。

(6)你一般用什么作为HashMap的key?

此题可以组成如下连环炮来问

  • 健可以为Null值么?

  • 你一般用什么作为HashMap的key?

  • 我用可变类当HashMap的key有什么问题?

  • 如果让你实现一个自定义的class作为HashMap的key该如何实现?

健可以为Null值么?

必须可以,key为null的时候,hash算法最后的值以0来计算,也就是放在数组的第一个位置。

你一般用什么作为HashMap的key?

一般用Integer、String这种不可变类当HashMap当key,而且String最为常用。

  • (1)因为字符串是不可变的,所以在它创建的时候hashcode就被缓存了,不需要重新计算。这就使得字符串很适合作为Map中的键,字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是HashMap中的键往往都使用字符串。

  • (2)因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法,那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的,这些类已经很规范的覆写了hashCode()以及equals()方法。

我用可变类当HashMap的key有什么问题?

hashcode可能发生改变,导致put进去的值,无法get出,如下所示

HashMap, Object> changeMap = new HashMap<>();
List list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
Object objectValue = new Object();
changeMap.put(list, objectValue);
System.out.println(changeMap.get(list));
list.add("hello world");//hashcode发生了改变
System.out.println(changeMap.get(list));

输出值如下

java.lang.Object@74a14482
null

如果让你实现一个自定义的class作为HashMap的key该如何实现?

此题考察两个知识点

  • 重写hashcode和equals方法注意什么?

  • 如何设计一个不变类

针对问题一,记住下面四个原则即可

(1)两个对象相等,hashcode一定相等

(2)两个对象不等,hashcode不一定不等

(3)hashcode相等,两个对象不一定相等

(4)hashcode不等,两个对象一定不等

针对问题二,记住如何写一个不可变类

(1)类添加final修饰符,保证类不被继承。

如果类可以被继承会破坏类的不可变性机制,只要继承类覆盖父类的方法并且继承类可以改变成员变量值,那么一旦子类以父类的形式出现时,不能保证当前类是否可变。

(2)保证所有成员变量必须私有,并且加上final修饰

通过这种方式保证成员变量不可改变。但只做到这一步还不够,因为如果是对象成员变量有可能再外部改变其值。所以第4点弥补这个不足。

(3)不提供改变成员变量的方法,包括setter

避免通过其他接口改变成员变量的值,破坏不可变特性。

(4)通过构造器初始化所有成员,进行深拷贝(deep copy)

如果构造器传入的对象直接赋值给成员变量,还是可以通过对传入对象的修改进而导致改变内部变量的值。例如:

public final class ImmutableDemo {  
    private final int[] myArray;  
    public ImmutableDemo(int[] array) {  
        this.myArray = array; // wrong  
    }  
}

这种方式不能保证不可变性,myArray和array指向同一块内存地址,用户可以在ImmutableDemo之外通过修改array对象的值来改变myArray内部的值。

为了保证内部的值不被修改,可以采用深度copy来创建一个新内存保存传入的值。正确做法:

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

(5)在getter方法中,不要直接返回对象本身,而是克隆对象,并返回对象的拷贝

这种做法也是防止对象外泄,防止通过getter获得内部可变成员对象后对成员变量直接操作,导致成员变量发生改变。

总结

这篇文章能概括大部分HashMap的面试题了,希望大家有所收获!