黑马Java面试教程_P7_常见集合_P4_HashMap

系列博客目录

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4. HashMap相关面试题

4.4 面试题-HashMap的put方法的具体流程 频5

4.4.1 hashMap常见属性

size是存储元素的个数。

注意这个table，他是由hashMap的内部类Node组成的数组，Node里面有哈希值(用来记录存储的位置）、key和value，还有next，因为发生冲突的时候会用到链表以及红黑树。

4.4.2 源码分析 HashMap的构造函数

Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("name","itheima");

按住Ctrl，左键点进HashMap中，

public HashMap() {this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted 默认加载因子 0.75
}

上方代码说明了以下两点：

• HashMap是懒惰加载，在创建对象时并没有初始化数组
• 在无参的构造函数中，设置了默认的加载因子是0.75

为了更好理解源码，先看一下添加数据的流程图

第一次添加数据流程图(涉及到了初始化，添加数据以及如果大于阈值调用resize())如下：

以下是非第一次，发现key存在时候的流程图

以下是发现key不存在的时候的流程图。

以下是针对上面流程图的JDK1.8的带注释的源码。

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;//判断数组是否未初始化if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)//如果未初始化，调用resize方法 进行初始化n = (tab = resize()).length;//通过 & 运算求出该数据（key）的数组下标并判断该下标位置是否有数据if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)//如果没有，直接将数据放在该下标位置tab[i] = newNode(hash, key, value, null);//该数组下标有数据的情况else {Node<K,V> e; K k;//判断该位置数据的key和新来的数据是否一样if (p.hash == hash &&((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))//如果一样，证明为修改操作，该节点的数据赋值给e,后边会用到e = p;//判断是不是红黑树else if (p instanceof TreeNode)//如果是红黑树的话，进行红黑树的操作e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);//新数据和当前数组既不相同，也不是红黑树节点，证明是链表else {//遍历链表for (int binCount = 0; ; ++binCount) {//判断next节点，如果为空的话，证明遍历到链表尾部了if ((e = p.next) == null) {//把新值放入链表尾部p.next = newNode(hash, key, value, null);//因为新插入了一条数据，所以判断链表长度是不是大于等于8if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st//如果是，进行转换红黑树操作treeifyBin(tab, hash);break;}//判断链表当中有数据相同的值，如果一样，证明为修改操作if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;//把下一个节点赋值为当前节点p = e;}}//判断e是否为空（e值为修改操作存放原数据的变量）if (e != null) { // existing mapping for key//不为空的话证明是修改操作，取出老值V oldValue = e.value;//一定会执行  onlyIfAbsent传进来的是falseif (!onlyIfAbsent || oldValue == null)//将新值赋值当前节点e.value = value;afterNodeAccess(e);//返回老值return oldValue;}}//计数器，计算当前节点的修改次数++modCount;//当前数组中的数据数量如果大于扩容阈值 16* 0.75 = 12if (++size > threshold)//进行扩容操作resize();//空方法afterNodeInsertion(evict);//添加操作时 返回空值return null;
}

面试文稿：

1. 判断键值对数组table是否为空或为null，否则执行resize()进行扩容（初始化）
2. 根据键值key计算hash值得到数组索引
3. 判断table[i]==null，条件成立，直接新建节点添加
4. 如果table[i]==null ,不成立
    4.1 判断table[i]的首个元素是否和key一样，如果相同直接覆盖value
    4.2 判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对
    4.3 遍历table[i]，链表的尾部插入数据，然后判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操 作，遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value
5. 插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold（数组长度*0.75），如果超过，进行扩容。

4.5 讲一讲HashMap的扩容机制 难3频4

扩容的流程

第一次初始化数组的流程如下：

第一次存储数量大于12时流程如下：

//扩容、初始化数组
final Node<K,V>[] resize() {Node<K,V>[] oldTab = table;//如果当前数组为null的时候，把oldCap老数组容量设置为0int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//老的扩容阈值int oldThr = threshold;int newCap, newThr = 0;//判断数组容量是否大于0，大于0说明数组已经初始化if (oldCap > 0) {//判断当前数组长度是否大于最大数组长度if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果是，将扩容阈值直接设置为int类型的最大数值并直接返回threshold = Integer.MAX_VALUE;return oldTab;}//如果在最大长度范围内，则需要扩容  OldCap << 1等价于oldCap2//运算过后判断是不是最大值并且oldCap需要大于16else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
*                newThr = oldThr << 1; // double threshold  等价于oldThr*2}//如果oldCap<0，但是已经初始化了，像把元素删除完之后的情况，那么它的临界值肯定还存在，                如果是首次初始化，它的临界值则为0else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in thresholdnewCap = oldThr;//数组未初始化的情况，将阈值和扩容因子都设置为默认值else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}//初始化容量小于16的时候，扩容阈值是没有赋值的if (newThr == 0) {//创建阈值float ft = (float)newCap * loadFactor;//判断新容量和新阈值是否大于最大容量newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);}//计算出来的阈值赋值threshold = newThr;@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})//根据上边计算得出的容量 创建新的数组        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];//赋值table = newTab;//扩容操作，判断不为空证明不是初始化数组if (oldTab != null) {//遍历数组for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {Node<K,V> e;//判断当前下标为j的数组如果不为空的话赋值个e，进行下一步操作if ((e = oldTab[j]) != null) {//将数组位置置空oldTab[j] = null;//判断是否有下个节点if (e.next == null)//如果没有，就重新计算在新数组中的下标并放进去newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;//有下个节点的情况，并且判断是否已经树化else if (e instanceof TreeNode)//进行红黑树的操作((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);//有下个节点的情况，并且没有树化（链表形式）else {//比如老数组容量是16，那下标就为0-15//扩容操作*2，容量就变为32，下标为0-31//低位：0-15，高位16-31//定义了四个变量//        低位头          低位尾Node<K,V> loHead = null, loTail = null;//        高位头          高位尾Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;//下个节点Node<K,V> next;//循环遍历do {//取出next节点next = e.next;//通过 与操作 计算得出结果为0if ((e.hash & oldCap) == 0) {//如果低位尾为null，证明当前数组位置为空，没有任何数据if (loTail == null)//将e值放入低位头loHead = e;//低位尾不为null，证明已经有数据了else//将数据放入next节点loTail.next = e;//记录低位尾数据loTail = e;}//通过 与操作 计算得出结果不为0else {//如果高位尾为null，证明当前数组位置为空，没有任何数据if (hiTail == null)//将e值放入高位头hiHead = e;//高位尾不为null，证明已经有数据了else//将数据放入next节点hiTail.next = e;//记录高位尾数据hiTail = e;}}//如果e不为空，证明没有到链表尾部，继续执行循环while ((e = next) != null);//低位尾如果记录的有数据，是链表if (loTail != null) {//将下一个元素置空loTail.next = null;//将低位头放入新数组的原下标位置newTab[j] = loHead;}//高位尾如果记录的有数据，是链表if (hiTail != null) {//将下一个元素置空hiTail.next = null;//将高位头放入新数组的(原下标+原数组容量)位置newTab[j + oldCap] = hiHead;}}}}}//返回新的数组对象return newTab;}

面试文稿：

• 在添加元素或初始化的时候需要调用resize方法进行扩容，第一次添加数据初始化数组长度为16，以后每次每次扩容都是达到了扩容阈值（数组长度 * 0.75）
• 每次扩容的时候，都是扩容之前容量的2倍；
• 扩容之后，会新创建一个数组，需要把老数组中的数据挪动到新的数组中
  • 没有hash冲突的节点，则直接使用 e.hash & (newCap - 1) 计算新数组的索引位置
  • 如果是红黑树，走红黑树的添加
  • 如果是链表，则需要遍历链表，可能需要拆分链表，判断(e.hash & oldCap)是否为0，该元素的位置要么停留在原始位置，要么移动到原始位置+增加的数组大小这个位置上

4.6 面试题-hashMap的寻址算法 难4频4

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

在putVal方法中，有一个hash(key)方法，这个方法就是来去计算key的hash值的，看下面的代码

static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

首先获取key的hashCode值，然后右移16位 异或运算 原来的hashCode值，主要作用就是使原来的hash值更加均匀，减少hash冲突。

GPT:通常情况下，hashCode 的低位信息可能有某些模式或偏向，而高位的信息可能没有充分地分布到低位。为了避免这些模式导致哈希值不均匀，HashMap 会对哈希值进行调整，使得低位和高位信息更加混合，从而避免过多元素落在哈希表的同一桶中。右移操作 (h >>> 16) 将原始 hashCode 的高 16 位移到低 16 位。
然后，使用 异或 (^) 操作将这两部分合并在一起。这是为了将 hashCode 的低位和高位信息都引入到哈希计算中。

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) 
{。。。。。if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);。。。。

(n-1)&hash : 得到数组中的索引，代替取模，性能更好，数组长度必须是2的n次幂

面试文稿

关于hash值的其他面试题：为何HashMap的数组长度一定是2的次幂？

1. 计算索引时效率更高：如果是 2 的 n 次幂可以使用位与运算代替取模
2. 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 ，否则新位置 = 旧位置 + oldCap

4.7 面试题-hashmap在1.7情况下的多线程死循环问题 难4频3

jdk7的的数据结构是：数组+链表
在数组进行扩容的时候，因为链表是头插法，在进行数据迁移的过程中，有可能导致死循环

• 变量e指向的是需要迁移的对象
• 变量next指向的是下一个需要迁移的对象  (e迁移完毕后，next把自己赋值给e）
• Jdk1.7中的链表采用的头插法
• 在数据迁移的过程中并没有新的对象产生，只是改变了对象的引用

产生死循环的过程：
线程1和线程2的变量e和next都引用了这个两个节点。

线程2扩容后，由于头插法，链表顺序颠倒，但是线程1的临时变量e和next还引用了这两个节点

第一次循环
由于线程2迁移的时候，已经把B的next执行了A

第二次循环

第三次循环

面试文稿

参考回答：
在jdk1.7的hashmap中在数组进行扩容的时候，因为链表是头插法，在进行数据迁移的过程中，有可能导致死循环
比如说，现在有两个线程
线程一：读取到当前的hashmap数据，数据中一个链表，在准备扩容时，线程二介入
线程二：也读取hashmap，直接进行扩容。因为是头插法，链表的顺序会进行颠倒过来。比如原来的顺序是AB，扩容后的顺序是BA，线程二执行结束。
线程一：继续执行的时候就会出现死循环的问题。
线程一先将A移入新的链表，再将B插入到链头，由于另外一个线程的原因，B的next指向了A，
所以B->A->B,形成循环。
当然，JDK 8 将扩容算法做了调整，不再将元素加入链表头（而是保持与扩容前一样的顺序），使用尾插法，就避免了jdk7中死循环的问题。