hashMap 底层原理+LinkedHashMap 底层原理+常见面试题

1.源码

java1.7    hashMap 底层实现是数组+链表

java1.8 对上面进行优化  数组+链表+红黑树

2.hashmap  是怎么保存数据的。

　　　　在hashmap 中有这样一个结构

　　　　　　　　Node implenets Map.entity{

　　　　　　　　　　hash

　　　　　　　　　　key

　　　　　　　　　　value

　　　　　　　　　　next

　　　　　　　　}

当我们像hashMap 中放入数据时，其实就是一个

Enity{

　　key

　　vaue

}

在存之前会把这个Entity  转成Node

　　　　怎么转的如下：

根据Entity 的key   通过hash  算出一个值  当成Node 的 hash  ,key vlaue  ,复制到Node 中，对于没有产生hash 冲突前，Node 的next 是null.

复制完成后，还需要通过Entity 对象的hash  算出  该 Entiry对象 具体应该放在 hashMap 的那个位置。计算如下  Hash&(lenth-1) 得到的值就是hashMap 对应具体的位置。（lentth是当前hashMap 的长度）。‘

 解决hash 冲突

　　　　就是不同的元素通过   Hash&(lenth-1) 公式算出的位置相同，现在就启动了链表（单项链表），挂在了当前位置的下面，而链表的元素怎么关联呢，就用到了Node  的next  ，next的值就是该链表下一个元素在内存中的地址。

　　　　jdk1.7  就是这样处理的，而到了 1.8  以后，就引用了红黑树，1.8以后这个链表只让挂7个元素，超过七个就会转成一个红黑树进行处理（最多是64，超多64 就会重新拆分）。

　　　　当红黑树下挂的节点小于等于6的时候，系统会把红黑树转成链表。  Node 在jdk1.8之前是插入l链表头部的，在jdk1.8中是插入链表的尾部的。

hashMap 扩容：

　　　　hashMap  会根据  当前的hashMap 的存储量达到 16*0.75=12 的时候，就是扩容  16*2=32  依次类推下去。2倍扩容。

　　　　扩容后元素是如何做到均匀分的。

　　　　　　

对上面的总结：

LinkedHashMap 源码详细分析（JDK1.8）

　这位大哥写的很好，可以看一下    https://segmentfault.com/a/1190000012964859

　　我针对LinkedHashMap 的总结有一下几点

　　1.LinkedHashMap 继承自 HashMap，所以它的底层仍然是基于拉链式散列结构。该结构由数组和链表+红黑树 在此基础上LinkedHashMap 增加了一条双向链表，保持遍历顺序和插入顺序一致的问题。

　　2. 在实现上，LinkedHashMap 很多方法直接继承自 HashMap（比如put  remove方法就是直接用的父类的），仅为维护双向链表覆写了部分方法（get（）方法是重写的）。

　　3.LinkedHashMap使用的键值对节点是Entity 他继承了hashMap 的Node,并新增了两个引用，分别是 before 和 after。这两个引用的用途不难理解，也就是用于维护双向链表.

　　4.链表的建立过程是在插入键值对节点时开始的，初始情况下，让 LinkedHashMap 的 head 和 tail 引用同时指向新节点，链表就算建立起来了。随后不断有新节点插入，通过将新节点接在 tail 引用指向节点的后面，即可实现链表的更新

　　5.LinkedHashMap 允许使用null值和null键， 线程是不安全的，虽然底层使用了双线链表，但是增删相快了。因为他底层的Entity 保留了hashMap  node 的next 属性。

　　6.如何实现迭代有序？

　　重新定义了数组中保存的元素Entry（继承于HashMap.node)，该Entry除了保存当前对象的引用外，还保存了其上一个元素before和下一个元素after的引用，从而在哈希表的基础上又构成了双向链接列表。仍然保留next属性，所以既可像HashMap一样快速查找，

　　用next获取该链表下一个Entry，也可以通过双向链接，通过after完成所有数据的有序迭代.

　　7.竟然inkHashMap 的put 方法是直接调用父类hashMap的，但在 HashMap 中，put 方法插入的是 HashMap 内部类 Node 类型的节点，该类型的节点并不具备与 LinkedHashMap 内部类 Entry 及其子类型节点组成链表的能力。那么，LinkedHashMap 是怎样建立链表的呢？

　　　虽然linkHashMap 调用的是hashMap中的put 方法，但是linkHashMap 重写了，了一部分方法，其中就有  newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> e)linkNodeLast(LinkedHashMap.Entry<K,V> p)

　　　这两个方法就是 第一个方法就是新建一个 linkHasnMap 的Entity 方法，而 linkNodeLast 方法就是为了把Entity 接在链表的尾部。

　　8.链表节点的删除过程

　　　与插入操作一样，LinkedHashMap 删除操作相关的代码也是直接用父类的实现，但是LinkHashMap 重写了removeNode()方法 afterNodeRemoval（）方法，该removeNode方法在hashMap 删除的基础上有调用了afterNodeRemoval 回调方法。完成删除。

　　删除的过程并不复杂，上面这么多代码其实就做了三件事：

1. 根据 hash 定位到桶位置
2. 遍历链表或调用红黑树相关的删除方法
3. 从 LinkedHashMap 维护的双链表中移除要删除的节点

TreeMap 和SortMap

　　1.TreeMap实现了SortedMap接口，保证了有序性。默认的排序是根据key值进行升序排序，也可以重写comparator方法来根据value进行排序具体取决于使用的构造方法。不允许有null值null键。TreeMap是线程不安全的。

　　　2.TreeMap基于红黑树（Red-Black tree）实现。TreeMap的基本操作 containsKey、get、put 和 remove 的时间复杂度是 log(n) 。

public class SortedMapTest {

public static void main(String[] args) {

SortedMap<String,String> sortedMap = new TreeMap<String,String>();
sortedMap.put("1", "a");
sortedMap.put("5", "b");
sortedMap.put("2", "c");
sortedMap.put("4", "d");
sortedMap.put("3", "e");
Set<Entry<String, String>> entry2 = sortedMap.entrySet();
for(Entry<String, String> temp : entry2){
System.out.println("修改前 ：sortedMap:"+temp.getKey()+" 值"+temp.getValue());
}
System.out.println("\n");

//这里将map.entrySet()转换成list
List<Map.Entry<String,String>> list =
new ArrayList<Map.Entry<String,String>>(entry2);

Collections.sort(list, new Comparator<Map.Entry<String,String>>(){

@Override
public int compare(Entry<String, String> o1, Entry<String, String> o2) {
// TODO Auto-generated method stub
return o1.getValue().compareTo(o2.getValue());
}

});

for(Map.Entry<String,String> temp :list){
System.out.println("修改后 ：sortedMap:"+temp.getKey()+" 值"+temp.getValue());
}
}

}

　附加点上面没有讲到的面试题：

1 HashMap特性？
　　HashMap的特性：HashMap存储键值对，实现快速存取数据；允许null键/值；线程不安全；不保证有序(比如插入的顺序)。

2 HashMap中hash函数怎么是是实现的？还有哪些 hash 的实现方式？
　　1. 对key的hashCode做hash操作（高16bit不变，低16bit和高16bit做了一个异或）； 
　　2. h & (length-1); //通过位操作得到下标index。

3. 扩展问题1：当两个对象的hashcode相同会发生什么？
　　因为两个对象的Hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，会发生“碰撞”。HashMap使用链表存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中。

4 扩展问题2：抛开 HashMap，hash 冲突有那些解决办法？
　　开放定址法、链地址法、再哈希法。

5如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
　　重点在于理解hashCode()与equals()。 
　　通过对key的hashCode()进行hashing，并计算下标( n-1 & hash)，从而获得buckets的位置。两个键的hashcode相同会产生碰撞，则利用key.equals()方法去链表或树（java1.8）中去查找对应的节点。

6 针对 HashMap 中某个 Entry 链太长，查找的时间复杂度可能达到 O(n)，怎么优化？
　　将链表转为红黑树，实现 O(logn) 时间复杂度内查找。JDK1.8 已经实现了。

7.如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
　　扩容。这个过程也叫作rehashing，因为它重建内部数据结构，并调用hash方法找到新的bucket位置。 
　　大致分两步： 
　　1.扩容：容量扩充为原来的两倍（2 * table.length）； 
　　2.移动：对每个节点重新计算哈希值，重新计算每个元素在数组中的位置，将原来的元素移动到新的哈希表中。 (如何计算上面讲的有)
　　

8 为什么String, Interger这样的类适合作为键？
　　String, Interger这样的类作为HashMap的键是再适合不过了，而且String最为常用。 
　　因为String对象是不可变的，而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。 
　　1.不可变性是必要的，因为为了要计算hashCode()，就要防止键值改变，如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话，那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。 
　　注：String的不可变性可以看这篇文章《【java基础】浅析String》。 
　　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。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话，那么碰撞的几率就会小些，这样就能提高HashMap的性能。

9.hashmap.put 为什么是线程不安全的。（很重要）

正常情况下  hashmap 在保存数据时，底层是数组+链表+红黑树  但是 你去源码中看时，i发现子啊hashMap 底层没有加任何的多线程中的锁机制，比如： synchronize修饰  ，所以在多线程的情况下  hashMap 的单项链表，

可能会变成一个环形的链表，所以这个链表上的Next元素的指向永远不为null, 所以在遍历的时候就是死循环啊。

　9.1HashMap在put的时候，插入的元素超过了容量（由负载因子决定）的范围就会触发扩容操作，就是rehash，这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中，在多线程的环境下，存在同时其他的元素也在进行put操作，如果hash值相同，可能出现同时在同一数组下用链表表示，造成闭环，导致在get时会出现死循环，所以HashMap是线程不安全的

　9.2 HashMap底层是一个Entry数组，当发生hash冲突的时候，hashmap是采用链表的方式来解决的，在对应的数组位置存放链表的头结点。对链表而言，新加入的节点会从头结点加入。在hashmap做put操作的时候会调用到以上的方法。现在假如A线程和B线程同时对同一个数组位置调用addEntry，两个线程会同时得到现在的头结点，然后A写入新的头结点之后，B也写入新的头结点，那B的写入操作就会覆盖A的写入操作造成A的写入操作丢失

　　　

10 ,hashmap 初始化时就生了一个长度为16 的数组。

　　1.1 为什么初始化时16   而不是别的数字，

　　　　1.其实是4或者8 只要是2的N次幂就行，因为hashMap put 元素时，会根据key 进行运算得到一个位置，运算就是，根据key的hash值&hashMap的长度-1（hash&length-1）  ，

　　　　假如hashMap的长度为16     补充：&运算时，都是1才为1,其他情况都为0

　　　　hash值   1010 1010 1000 0000 ....   1010

　　　　&

　　　　lennth-1 　　　　　　　　　　　　0111

　　　　你会发现不管hash值为多少，只要 length 的长度是2的N次幂， 那么length-1 的二进制最后一位就是1,所以  hash值&上length-1 最后得到的二进制数字的末位，可能是1 也可能是0,

　　　　如果 其长度不是2的n次幂，比如 15 ，那么15-1 =14 的 二进制 0110，那么遇上hash  的到二进制末位，永远就是0了 ，这就侧面的表明了通过计算出来的元素位置的分散性。

　　　　为什么不选4,8 这些也是2的N次幂作为扩容初始化值呢？其实8 也行4 也行，但是 我的java 是c语言写的，而c语言是由汇编语言，而汇编的语言来源是机器语言，而汇编的语言使用的就是16进制，对于经验而言，当然就选16喽。