HashMap常见面试题

1：HashMap 的数据结构？
A：哈希表结构（链表散列：数组+链表）实现，结合数组和链表的优点。当链表长度超过 8 
时，链表转换为红黑树。
transient Node<K,V>\[\] table;

2：HashMap 的工作原理？
HashMap 底层是 hash 数组和单向链表实现，数组中的每个元素都是链表，由 Node 内部
类（实现 Map.Entry 接口）实现，HashMap 通过 put & get 方法存储和获取。
存储对象时，将 K/V 键值传给 put() 方法：
①、调用 hash(K) 方法计算 K 的 hash 值，然后结合数组长度，计算得数组下标；
②、调整数组大小（当容器中的元素个数大于 capacity * loadfactor 时，容器会进行扩容
resize 为 2n）；
③、i.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中不存在，则执行插入，若存在，则发生碰撞；
ii.如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它们两者 equals 返回 true，则更新键值对；
iii. 如果 K 的 hash 值在 HashMap 中存在，且它们两者 equals 返回 false，则插入链表的
尾部（尾插法）或者红黑树中（树的添加方式）。（JDK 1.7 之前使用头插法、JDK 1.8 使用
尾插法）（注意：当碰撞导致链表大于 TREEIFY_THRESHOLD = 8 时，就把链表转换成红黑
树）
获取对象时，将 K 传给 get() 方法：①、调用 hash(K) 方法（计算 K 的 hash 值）从而
获取该键值所在链表的数组下标；②、顺序遍历链表，equals()方法查找相同 Node 链表中
K 值对应的 V 值。
hashCode 是定位的，存储位置；equals 是定性的，比较两者是否相等。

3.当两个对象的 hashCode 相同会发生什么？
因为 hashCode 相同，不一定就是相等的（equals 方法比较），所以两个对象所在数组的下
标相同，"碰撞"就此发生。又因为 HashMap 使用链表存储对象，这个 Node 会存储到链表
中。

4.你知道 hash 的实现吗？为什么要这样实现？
JDK 1.8 中，是通过 hashCode() 的高 16 位异或低 16 位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 
16)，主要是从速度，功效和质量来考虑的，减少系统的开销，也不会造成因为高位没有参
与下标的计算，从而引起的碰撞。

5.为什么要用异或运算符？
保证了对象的 hashCode 的 32 位值只要有一位发生改变，整个 hash() 返回值就会改变。
尽可能的减少碰撞.

6.HashMap 的 table 的容量如何确定？loadFactor 是什么？该容量如何变化？这种变化会
带来什么问题？①、table 数组大小是由 capacity 这个参数确定的，默认是 16，也可以构造时传入，最大
限制是 1<<30；
②、loadFactor 是装载因子，主要目的是用来确认 table 数组是否需要动态扩展，默认值是
0.75，比如 table 数组大小为 16，装载因子为 0.75 时，threshold 就是 12，当 table 的实
际大小超过 12 时，table 就需要动态扩容；
③、扩容时，调用 resize() 方法，将 table 长度变为原来的两倍（注意是 table 长度，而
不是 threshold）
④、如果数据很大的情况下，扩展时将会带来性能的损失，在性能要求很高的地方，这种
损失很可能很致命。
推荐：HashMap 容量为什么总是为 2 的次幂？

7.HashMap 中 put 方法的过程？
答：“调用哈希函数获取 Key 对应的 hash 值，再计算其数组下标；
如果没有出现哈希冲突，则直接放入数组；如果出现哈希冲突，则以链表的方式放在链表后
面；
如果链表长度超过阀值( TREEIFY THRESHOLD==8)，就把链表转成红黑树，链表长度低于 6，
就把红黑树转回链表;
如果结点的 key 已经存在，则替换其 value 即可；
如果集合中的键值对大于 12，调用 resize 方法进行数组扩容。”

8.数组扩容的过程？
创建一个新的数组，其容量为旧数组的两倍，并重新计算旧数组中结点的存储位置。结点在
新数组中的位置只有两种，原下标位置或原下标+旧数组的大小。

9.拉链法导致的链表过深问题为什么不用二叉查找树代替，而选择红黑树？为什么不一直使
用红黑树？
之所以选择红黑树是为了解决二叉查找树的缺陷，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。推荐：面
试问红黑树，我脸都绿了。
而红黑树在插入新数据后可能需要通过左旋，右旋、变色这些操作来保持平衡，引入红黑树
就是为了查找数据快，解决链表查询深度的问题，我们知道红黑树属于平衡二叉树，但是为
了保持“平衡”是需要付出代价的，但是该代价所损耗的资源要比遍历线性链表要少，所以当
长度大于 8 的时候，会使用红黑树，如果链表长度很短的话，根本不需要引入红黑树，引入
反而会慢.

10.说说你对红黑树的见解？
 每个节点非红即黑
 根节点总是黑色的
 如果节点是红色的，则它的子节点必须是黑色的（反之不一定）
 每个叶子节点都是黑色的空节点（NIL 节点）
 从根节点到叶节点或空子节点的每条路径，必须包含相同数目的黑色节点（即相同的黑
色高度）

11.jdk8 中对 HashMap 做了哪些改变？
在 java 1.8 中，如果链表的长度超过了 8，那么链表将转换为红黑树。（桶的数量必须大于
64，小于 64 的时候只会扩容）关注微信公众号：Java 技术 zhai，在后台回复：面试，可以
获取我整理的 N 篇 Java 新特性教程，都是干货。
发生 hash 碰撞时，java 1.7 会在链表的头部插入，而 java 1.8 会在链表的尾部插入
在 java 1.8 中，Entry 被 Node 替代(换了一个马甲)。

12.HashMap，LinkedHashMap，TreeMap 有什么区别？
HashMap 参考其他问题；关注微信公众号：Java 技术 zhai，在后台回复：面试，可以获取
我整理的 N 篇 Java 新特性教程，都是干货。
LinkedHashMap 保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历时，先取到的记录肯定是先插
入的；遍历比 HashMap 慢；
TreeMap 实现 SortMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序（默认按键值升序排序，也
可以指定排序的比较器）

13.HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景？
一般情况下，使用最多的是 HashMap。
HashMap：在 Map 中插入、删除和定位元素时；
TreeMap：在需要按自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下；
LinkedHashMap：在需要输出的顺序和输入的顺序相同的情况下。

14.HashMap 和 HashTable 有什么区别？
①、HashMap 是线程不安全的，HashTable 是线程安全的；
②、由于线程安全，所以 HashTable 的效率比不上 HashMap；
③、HashMap 最多只允许一条记录的键为 null，允许多条记录的值为 null，而 HashTable 不
允许；
④、HashMap 默认初始化数组的大小为 16，HashTable 为 11，前者扩容时，扩大两倍，
后者扩大两倍+1；
⑤、HashMap 需要重新计算 hash 值，而 HashTable 直接使用对象的 hashCode

15.Java 中的另一个线程安全的与 HashMap 极其类似的类是什么？同样是线程安全，它与
HashTable 在线程同步上有什么不同？
ConcurrentHashMap 类（是 Java 并发包 java.util.concurrent 中提供的一个线程安全且高效
的 HashMap 实现）。
HashTable 是使用 synchronize 关键字加锁的原理（就是对对象加锁）；
而针对 ConcurrentHashMap，在 JDK 1.7 中采用 分段锁的方式；JDK 1.8 中直接采用了 CAS
（无锁算法）+ synchronized。

16.HashMap & ConcurrentHashMap 的区别？
除 了 加 锁 ， 原 理 上 无 太 大 区 别 。 另 外 ， HashMap 的 键 值 对 允 许 有 null ，但是
ConCurrentHashMap 都不允许。

17.为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高？
HashTable 使用一把锁（锁住整个链表结构）处理并发问题，多个线程竞争一把锁，容易阻
塞；
ConcurrentHashMap
JDK 1.7 中使用分段锁（ReentrantLock + Segment + HashEntry），相当于把一个 HashMap 分
成多个段，每段分配一把锁，这样支持多线程访问。锁粒度：基于 Segment，包含多个
HashEntry。
JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树。锁粒度：Node（首结点）（实现
Map.Entry）。锁粒度降低了。

18.ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中，为什么要使用内置锁 synchronized 来代替重入锁
ReentrantLock？
①、粒度降低了；
②、JVM 开发团队没有放弃 synchronized，而且基于 JVM 的 synchronized 优化空间更大，
更加自然。
③、在大量的数据操作下，对于 JVM 的内存压力，基于 API 的 ReentrantLock 会开销更
多的内存。

19.ConcurrentHashMap 的并发度是什么？
程序运行时能够同时更新 ConccurentHashMap 且不产生锁竞争的最大线程数。默认为 16，
且可以在构造函数中设置。
当用户设置并发度时，ConcurrentHashMap 会使用大于等于该值的最小 2 幂指数作为实际并
发度（假如用户设置并发度为 17，实际并发度则为 32)

20.针对 ConcurrentHashMap 锁机制具体分析（JDK 1.7 VS JDK 1.8）？
JDK 1.7 中，采用分段锁的机制，实现并发的更新操作，底层采用数组+链表的存储结构，包
括两个核心静态内部类 Segment 和 HashEntry。
①、Segment 继承 ReentrantLock（重入锁） 用来充当锁的角色，每个 Segment 对象守护
每个散列映射表的若干个桶；
②、HashEntry 用来封装映射表的键-值对；
③、每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表

JDK 1.8 中，采用 Node + CAS + Synchronized 来保证并发安全。取消类 Segment，直接用 table 
数组存储键值对；当 HashEntry 对象组成的链表长度超过 TREEIFY_THRESHOLD 时，链表转
换为红黑树，提升性能。底层变更为数组 + 链表 + 红黑树。

21.ConcurrentHashMap 简单介绍？
①、重要的常量：
private transient volatile int sizeCtl;
当为负数时，-1 表示正在初始化，-N 表示 N - 1 个线程正在进行扩容；
当为 0 时，表示 table 还没有初始化；
当为其他正数时，表示初始化或者下一次进行扩容的大小。
②、数据结构：
Node 是存储结构的基本单元，继承 HashMap 中的 Entry，用于存储数据；
TreeNode 继承 Node，但是数据结构换成了二叉树结构，是红黑树的存储结构，用于红黑
树中存储数据；
TreeBin 是封装 TreeNode 的容器，提供转换红黑树的一些条件和锁的控制。

③、存储对象时（put() 方法）：
如果没有初始化，就调用 initTable() 方法来进行初始化；
如果没有 hash 冲突就直接 CAS 无锁插入；
如果需要扩容，就先进行扩容；
如果存在 hash 冲突，就加锁来保证线程安全，两种情况：一种是链表形式就直接遍历到尾
端插入，一种是红黑树就按照红黑树结构插入；
如果该链表的数量大于阀值 8，就要先转换成红黑树的结构，break 再一次进入循环
如果添加成功就调用 addCount() 方法统计 size，并且检查是否需要扩容。
④、扩容方法 transfer()：默认容量为 16，扩容时，容量变为原来的两倍。
helpTransfer()：调用多个工作线程一起帮助进行扩容，这样的效率就会更高。
⑤、获取对象时（get()方法）：
计算 hash 值，定位到该 table 索引位置，如果是首结点符合就返回；
如果遇到扩容时，会调用标记正在扩容结点 ForwardingNode.find()方法，查找该结点，匹配
就返回；
以上都不符合的话，就往下遍历结点，匹配就返回，否则最后就返回 null。