黑马Java面试教程_P7_常见集合_P4_HashMap
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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
- 4.4.2 源码分析 HashMap的构造函数
- 面试文稿：
- 4.5 讲一讲HashMap的扩容机制 难3频4
- 面试文稿：
- 4.6 面试题-hashMap的寻址算法 难4频4
- 面试文稿
- 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
- 面试文稿
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8
if (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false
if (!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 = 12
if (++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：
- 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）
- 根据键值key计算hash值得到数组索引
- 判断table[i]==null，条件成立，直接新建节点添加
- 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 - 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0
int 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16
else 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0
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = 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 defaults
newCap = 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0
if ((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0
else {
//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？
- 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
- 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。