牛客网Java刷题知识点之Map的两种取值方式keySet和entrySet、HashMap 、Hashtable、TreeMap、LinkedHashMap、ConcurrentHashMap 、WeakHashMap

　　不多说，直接上干货！

　　这篇我是从整体出发去写的。

牛客网Java刷题知识点之Java 集合框架的构成、集合框架中的迭代器Iterator、集合框架中的集合接口Collection（List和Set）、集合框架中的Map集合

　　接口java.util.Map，包括3个实现类：HashMap、Hashtable、TreeMap。当然还有LinkedHashMap、ConcurrentHashMap 、WeakHashMap。

　　Map是用来存储键值对的数据结构，键值对在数组中通过数组下标来对其内容索引的，而键值对在Map中，则是通过对象来进行索引，用来索引的对象叫做key，其对应的对象叫value。

Map与Collection在集合框架中属并列存在

　　Map是一次添加一对元素（存储的是夫妻，哈哈）。Collection是一次添加一个元素（存储的是光棍，哈哈）。
　　Map存储的是键值对。
　　Map存储元素使用put方法， Collection使用add方法。
　　Map集合没有直接取出元素的方法， 而是先转成Set集合， 再通过迭代获取元素。
　　Map集合中键要保证唯一性。

Map的两种取值方式keySet、entrySet
　　keySet
　　　　先获取所有键的集合， 再根据键获取对应的值。（即先找到丈夫，去找妻子）
　　entrySet
　　　　先获取map中的键值关系封装成一个个的entry对象， 存储到一个Set集合中，再迭代这个Set集合， 根据entry获取对应的key和value。
　　向集合中存储自定义对象 （entry类似于是结婚证）

　　 HashMap : 内部结构是哈希表，不是同步的。允许null作为键，null作为值。
　　TreeMap : 内部结构是二叉树，不是同步的。可以对Map集合中的键进行排序。

　　keySet的演示图解：

　　

　　entrySet的演示图解：

 HashMap概述

　　HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现，此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键

　　它不保证映射的顺序，HashMap是Hashtable的轻量级实现（非线程安全的实现），它们都完成了Map接口。

　　

HashMap的数据结构

　　哈希表是由数组+链表组成的，（注意，这是jdk1.8之前的）数组的默认长度为16。

　　为什么是数组+链表？ 

　　　　　　数组对于数据的访问如查找和读取非常方便，链表对于数据插入非常方便。

　　　　　　链表可以解决hash值冲突（即对于不同的key值可能会得到相同的hash值）

　　数组里每个元素存储的是一个链表的头结点。而组成链表的结点其实就是hashmap内部定义的一个类：Entity

　　Entity包含三个元素：key，value和指向下一个Entity的next。

　　若是，jdk1.8，则

牛客网Java刷题知识点之HashMap的实现原理、HashMap的存储结构、HashMap在JDK1.6、JDK1.7、JDK1.8之间的差异以及带来的性能影响

HashMap的存取

　　HashMap的存储--put    ：  null key总是存放在Entry[]数组的第一个元素

　　　　元素需要存储在数组中的位置。先判断该位置上有没有存有Entity，没有的话就创建一个Entity<k,v>对象，新的Entity插入（put）的位置永远是在链表的最前面。

　　HashMap的读取--get    ：   先定位到数组元素，再遍历该元素处的链表.

　　覆盖了equals方法之后一定要覆盖hashCode方法，原因很简单，比如，String a = new String(“abc”);    String b = new String(“abc”);   如果不覆盖hashCode的话，那么a和b的hashCode就会不同。

　　HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key, value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象。

解决哈希（HASH）冲突的主要方法

　　开放地址法

　　再hash法

　　链地址法

Hash冲突处理终极版

哈希表及处理冲突的方法  http://blog.sina.com.cn/s/blog_6fd335bb0100v1ks.html

　　见

互联网公司面试中经常被问的问题

同步方法：ConcurrentHashMap 

　　Hashtable的put和get方法均为synchronized的是线程安全的。

　　将HashMap默认划分为了16个Segment，减少了锁的争用。

　　写时加锁读时不加锁减少了锁的持有时间。

　　volatile特性约束变量的值在本地线程副本中修改后会立即同步到主线程中，保证了其他线程的可见性。

　　value外，其他的属性都是final的，value是volatile类型的，都修饰为final表明不允许在此链表结构的中间或者尾部做添加删除操作，每次只允许操作链表的头部。

　　见

牛客网Java刷题知识点之为什么HashMap不支持线程的同步，不是线程安全的？如何实现HashMap的同步？

 HashMap 的 hashcode 的作用？什么时候需要重写？如何解决哈希冲突？查找的时候流程是如何？

　　为什么这么说呢？考虑一种情况，当向集合中插入对象时，如何判别在集合中是否已经存在该对象了？（注意：集合中不允许重复的元素存在）

　　也许大多数人都会想到调用equals方法来逐个进行比较，这个方法确实可行。但是如果集合中已经存在一万条数据或者更多的数据，如果采用equals方法去逐一比较，效率必然是一个问题。此时hashCode方法的作用就体现出来了，当集合要添加新的对象时，先调用这个对象的hashCode方法，得到对应的hashcode值。实际上在HashMap的具体实现中会用一个table保存已经存进去的对象的hashcode值，如果table中没有该hashcode值，它就可以直接存进去，不用再进行任何比较了；如果存在该hashcode值， 就调用它的equals方法与新元素进行比较，相同的话就不存了，不相同就散列其它的地址，所以这里存在一个冲突解决的问题，这样一来实际调用equals方法的次数就大大降低了。

　　HashMap有一个叫做Entry的内部类，它用来存储key-value对。上面的Entry对象是存储在一个叫做table的Entry数组中。table的索引在逻辑上叫做“桶”(bucket)，它存储了链表的第一个元素。key的hashcode()方法用来找到Entry对象所在的桶。如果两个key有相同的hash值（即冲突），他们会被放在table数组的同一个桶里面（以链表方式存储）。key的equals()方法用来确保key的唯一性。key的value对象的equals()和hashcode()方法根本一点用也没有。

Hashtable 概述

　　也是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
　　Hashtable 继承于Dictionary，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口
　　Hashtable 的函数都是同步的，这意味着它是线程安全的。它的key、value都不可以为null。
　　Hashtable中的映射不是有序的。
　　Hashtable继承于Dictionary类，实现了Map接口。Map是"key-value键值对"接口，Dictionary是声明了操作"键值对"函数接口的抽象类。

hashtable与hashmap区别（笔试面试必考）
　　HashMap和Hashtable都实现了Map接口，但决定用哪一个之前先要弄清楚它们之间的分别。主要的区别有：线程安全性，同步(synchronization)，以及速度。
　　HashMap几乎可以等价于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并可以接受null(HashMap可以接受为null的键值(key)和值(value)，而Hashtable则不行)。
　　HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，这意味着Hashtable是线程安全的，多个线程可以共享一个Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的扩展性更好。
　　另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看JVM。这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。
　　由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
　　HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

　　我们先看HashMap和Hashtable这两个类的定义

public class Hashtable
    extends Dictionary
    implements Map, Cloneable, <a href="http://lib.csdn.net/base/javase" class='replace_word' title="Java SE知识库" target='_blank' style='color:#df3434; font-weight:bold;'>Java</a>.io.Serializable  

public class HashMap
    extends AbstractMap
    implements Map, Cloneable, Serializable  

　　可见Hashtable 继承自 Dictiionary， 而 HashMap继承自AbstractMap。

　　1） HashMap允许null键值的key，注意最多只允许一条记录的键为null，不允许多条记录的值为null。

　　　　HashMap允许将null作为一个entry的key或者value，而Hashtable不允许。

　　2） HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsValue和containsKey，因为contains方法容易让人引起误解。

　　       Hashtable则保留了contains，containsValue和containsKey三个方法，其中contains和containsValue功能相同。

　　3） Hashtable的方法是线程安全的，而HashMap不支持线程的同步。

　　4） Hashtable使用Enumeration，HashMap使用Iterator。

　　4）hash值的使用不同，Hashtable直接使用对象的hashCode，而HashMap是

　　（1）继承的父类不同
　　　　Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap继承自AbstractMap类。但二者都实现了Map接口。
　　（2）线程安全性不同
　　　　Hashtable 中的方法是Synchronize的，而HashMap中的方法在缺省情况下是非Synchronize的。在多线程并发的环境下，可以直接使用Hashtable，不需要自己为它的方法实现同步，但使用HashMap时就必须要自己增加同步处理。
　　（3）是否提供contains方法
　　　　HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsValue和containsKey，因为contains方法容易让人引起误解。
　　　　Hashtable则保留了contains，containsValue和containsKey三个方法，其中contains和containsValue功能相同。
　　（4）key和value是否允许null值
　　　　其中key和value都是对象，并且不能包含重复key，但可以包含重复的value。
　　　　Hashtable中，key和value都不允许出现null值。
　　　　HashMap中，null可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时，可能是 HashMap中没有该键，也可能使该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键， 而应该用containsKey()方法来判断。
　　（5）两个遍历方式的内部实现上不同
　　　　Hashtable、HashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因，Hashtable还使用了Enumeration的方式 。
　　（6）hash值不同
　　　　哈希值的使用不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值。
　　（7）内部实现使用的数组初始化和扩容方式不同
　　　　Hashtable和HashMap它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 old*2+1。
　　　　HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。

hashmap与currenthashmap区别
　　Hashtable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表，从而同一时刻只能由一个线程对其进行操作；
　　而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。
　　ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个段，诸如get,put,remove等常用操作只锁当前需要用到的桶。
　　Hashtable是线程安全的，它的方法是同步了的，可以直接用在多线程环境中。
　　而HashMap则不是线程安全的。在多线程环境中，需要手动实现同步机制。

Hashmap与Linkedhashmap区别
　　Linkedhashmap是hashmap子类多了after和behind方法。
　　LinkedHashMap比HashMap多维护了一个链表。

TreeMap
　　TreeMap的底层使用了红黑树来实现，像TreeMap对象中放入一个key-value 键值对时，就会生成一个Entry对象，这个对象就是红黑树的一个节点，其实这个和HashMap是一样的，一个Entry对象作为一个节点，只是这些节点存放的方式不同。
　　存放每一个Entry对象时都会按照key键的大小按照二叉树的规范进行存放，所以TreeMap中的数据是按照key从小到大排序的。

Arraylist 和 HashMap 如何扩容？负载因子有什么作用？如何保证读写进程安全？
　　HashTable默认初始11个大小，默认每次扩容的因子为0.75，
　　HashMap默认初始16个大小（必须是2的次方），默认每次扩容的因子为0.75。
　　ArrayList，默认初始10个大小，每次扩容是原容量的一半。
　　Vector，默认初始10个大小，每次扩容是原容量的两倍，
　　StringBuffer、StringBuilder默认初始化是16个字符，默认增容为（原长度+1）*2。
　　负载因子有什么作用，必须在 "冲突的机会"与"空间利用率"之间寻找一种平衡与折衷。这种平衡与折衷本质上是数据结构中有名的"时-空"矛盾的平衡与折衷。

HashMap、LinkedHashMap、TreeMap、WeakHashMap

　　HashMap里面存入的键值对在取出时没有固定的顺序，是随机的。

　　一般而言，在Map中插入、删除和定位元素，HashMap是最好的选择。

　　由于TreeMap实现了SortMap接口，能够把它保存的记录根据键排序，因此，取出来的是排序后的键值对，如果需要按自然顺序或自定义顺序遍历键，那么TreeMap会更好。

　　LinkedHashMap是HashMap的一个子类，如果需要输出的顺序和输入相同，那么用LinkedHashMap可以实现、它还可以按读取顺序来排列。

　　WeakHashMap中key采用的是“弱引用”的方式，只要WeakHashMap中的key不再被外部引用，它就可以被垃圾回收器回收。

而HashMap中key采用的是“强引用的方式”，当HashMap中的key没有被外部引用时，只有在这个key从HashMap中删除后，才可以被垃圾回收器回收。

“你用过HashMap吗？” “什么是HashMap？你为什么用到它？”

　　几乎每个人都会回答“是的”，然后回答HashMap的一些特性，譬如HashMap可以接受null键值和值，而Hashtable则不能；HashMap是非synchronized;HashMap很快；以及HashMap储存的是键值对等等。这显示出你已经用过HashMap，而且对它相当的熟悉。但是面试官来个急转直下，从此刻开始问出一些刁钻的问题，关于HashMap的更多基础的细节。

　　面试官可能会问出下面的问题：

你知道HashMap的工作原理吗？ 你知道HashMap的get()方法的工作原理吗？

　　你也许会回答“我没有详查标准的Java API，你可以看看Java源代码或者Open JDK。”“我可以用Google找到答案。”

　　但一些面试者可能可以给出答案，“HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key,value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象（其实就是得到value，在java里嘛，万物皆对象）。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象。”这里关键点在于指出，HashMap是在bucket中储存键对象和值对象，作为Map.Entry。这一点有助于理解获取对象的逻辑。

　　如果你没有意识到这一点，或者错误的认为仅仅只在bucket中存储值的话，你将不会回答如何从HashMap中获取对象的逻辑。这个答案相当的正确，也显示出面试者确实知道hashing以及HashMap的工作原理。但是这仅仅是故事的开始，当面试官加入一些Java程序员每天要碰到的实际场景的时候，错误的答案频现。

　　

当两个对象的hashcode相同会发生什么？

　　从这里开始，真正的困惑开始了，一些面试者会回答因为hashcode相同，所以两个对象（即value）是相等的，HashMap将会抛出异常，或者不会存储它们。然后面试官可能会提醒他们有equals()和hashCode()两个方法，并告诉他们两个对象就算hashcode相同，但是它们可能并不相等。一些面试者可能就此放弃，而另外一些还能继续挺进，他们回答“因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为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。”这个答案非常的合理，虽然有很多种处理碰撞的方法，这种方法是最简单的，也正是HashMap的处理方法。

如果两个key的hashcode相同，你如何获取值对象？

　　当我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点，最终找到要找的值对象。

　　注意：面试官会问因为你并没有值对象去比较，你是如何确定确定找到值对象的？除非面试者直到HashMap在链表中存储的是键值对，否则他们不可能回答出这一题。

　　一些优秀的开发者会指出使用不可变的、声明作final的对象，并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话，将会减少碰撞的发生，提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode，这将提高整个获取对象的速度，使用String，Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。

hashmap的存储过程？

　　HashMap内部维护了一个存储数据的Entry数组，HashMap采用链表解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表。当准备添加一个key-value对时，首先通过hash(key)方法计算hash值，然后通过indexFor(hash,length)求该key-value对的存储位置，计算方法是先用hash&0x7FFFFFFF后，再对length取模，这就保证每一个key-value对都能存入HashMap中，当计算出的位置相同时，由于存入位置是一个链表，则把这个key-value对插入链表头。

　　HashMap中key和value都允许为null。key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中。

hashMap扩容问题？

　　扩容是是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。 很明显，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。

　　HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 resize 操作（即扩容）。

　　默认加载因子为0.75，如果加载因子越大，对空间的利用更充分，但是查找效率会降低（链表长度会越来越长）；如果加载因子太小，那么表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定，则系统默认加载因子为0.75，这是一个比较理想的值，一般情况下我们是无需修改的。

HashMap的复杂度

　　HashMap整体上性能都非常不错，但是不稳定，为O(N/Buckets)，N就是以数组中没有发生碰撞的元素。

欢迎大家，加入我的微信公众号：   大数据躺过的坑        人工智能躺过的坑       

 

 

 

同时，大家可以关注我的个人博客：

   http://www.cnblogs.com/zlslch/   和     http://www.cnblogs.com/lchzls/      http://www.cnblogs.com/sunnyDream/   

   详情请见：http://www.cnblogs.com/zlslch/p/7473861.html

　　人生苦短，我愿分享。本公众号将秉持活到老学到老学习无休止的交流分享开源精神，汇聚于互联网和个人学习工作的精华干货知识，一切来于互联网，反馈回互联网。
　　目前研究领域：大数据、机器学习、深度学习、人工智能、数据挖掘、数据分析。 语言涉及：Java、Scala、Python、Shell、Linux等 。同时还涉及平常所使用的手机、电脑和互联网上的使用技巧、问题和实用软件。 只要你一直关注和呆在群里，每天必须有收获

对应本平台的讨论和答疑QQ群：大数据和人工智能躺过的坑（总群）（161156071）