2024年150道高频Java面试题（二十）

39. 说一下 HashMap 的实现原理？

HashMap 是 Java 中使用非常普遍的一种基于散列的映射数据结构，主要用于存储键值对。它允许使用任何非空对象作为键和值，主要实现原理如下：

1. 数组 + 链表 + 红黑树：HashMap 内部主要由一个数组构成，每个数组元素是一个链表或红黑树，链表或红黑树用于存储具有相同散列码的键值对。
2. 散列函数：当向 HashMap 中插入一个键值对时，首先会使用散列函数计算键的散列码，散列码决定了键值对在数组中的位置。
3. 索引计算：通过散列码与数组长度的模运算（散列码 % 数组长度）得到该键值对应在数组中的索引位置。
4. 链表和红黑树：如果两个不同的键具有相同的散列码，它们会被存储在同一个数组索引位置对应的链表中。如果链表长度过长（默认超过8），则会转换为红黑树，以减少搜索时间。
5. 键的唯一性：HashMap 中键的唯一性是通过 equals() 方法和 hashCode() 方法来保证的。如果两个键的 hashCode() 返回相同的值，并且 equals() 也返回 true，则认为这两个键是相同的。
6. 扩容机制：当 HashMap 中的元素数量达到一定的阈值（容量*加载因子，默认加载因子是 0.75），HashMap 会进行扩容，即创建一个新的更大的数组，并将旧数组的内容重新计算索引并复制到新数组中，这个过程称为“rehash”。

以下是一个简化的 HashMap 插入操作代码示例：

public V put(K key, V value) {if (key == null)return putForNullKey(value); // 键为null时特殊处理int hash = hash(key.hashCode()); // 计算散列码int i = indexFor(hash, table.length); // 计算索引位置for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {Object k;if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {V oldValue = e.value;e.value = value;return oldValue;}}addEntry(hash, key, value, i); // 添加新条目return null;
}

上述代码简化了实际的实现，但基本展示了 HashMap 的插入过程，包括散列计算、查找链表、替换旧值或添加新节点等步骤。

40. 说一下 HashSet 的实现原理？

HashSet 是 Java 中集合框架的一部分，实现了 Set 接口。它基于 HashMap 实现，用于存储无序且不重复的元素集合。以下是 HashSet 的实现原理：

1. 存储结构：HashSet 内部使用 HashMap 来存储元素。在 HashMap 中，元素以键值对（Entry）的形式存储，其中键就是我们要存储的元素本身，而值则是一个固定的常量。
2. 哈希函数：当向 HashSet 添加一个元素时，会使用这个元素自身的 hashCode() 方法来计算它的哈希值，并通过这个哈希值来确定在哈希表中的存储位置。
3. 碰撞处理：如果两个不同的元素具有相同的哈希值（即发生了哈希碰撞），HashSet 会利用链表（在 JDK8 中，当链表长度超过一定阈值时，会转换为红黑树）来处理这种情况。在链表或红黑树中，元素按照插入顺序进行存储。
4. 唯一性保证：对于每个要添加的元素，HashSet 不仅仅检查其哈希值，还会调用元素的 equals() 方法来确保没有重复元素被添加。如果元素的 equals() 方法返回 true，HashSet 将不会添加这个元素。
   • 如果在对应位置上没有元素，直接添加。
   • 如果有元素，但 equals() 方法返回 false，则会添加到链表或红黑树中。
   • 如果有元素且 equals() 方法返回 true，则忽略添加操作。

以下是 HashSet 添加元素流程的简化版：

public boolean add(E e) {return map.put(e, PRESENT) == null;
}

这里的 map 是 HashSet 内部维护的 HashMap 实例，而 PRESENT 是一个静态的常量对象，作为所有键对应的值。

总结：

• HashSet 基于哈希表实现，提供快速的查找、添加和删除操作。
• 元素的唯一性由其 hashCode() 和 equals() 方法共同决定。
• HashSet 不保证元素的顺序，且迭代顺序可能会随着元素数量的变化而变化。

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