【Java集合源码】关于HashMap的几个问题

1.HashMap 底层数据结构是什么?

答:HashMap 底层是数组 + 链表 + 红黑树的数据结构

  • 数组的主要作用是方便快速查找,时间复杂度是 O(1),默认大小是 16,数组的下标索引是通过 key 的 hashcode 计算出来的,数组元素叫做 Node
  • 当多个 key 的 hashcode 一致,但 key 值不同时,单个 Node 就会转化成链表,链表的查询复杂度是 O(n)
  • 当链表的长度大于等于 8 并且数组的大小超过 64 时,链表就会转化成红黑树,红黑树的查询复杂度是 O(log(n)),简单来说,最坏的查询次数相当于红黑树的最大深度。

2.为解决 hash 冲突,大概有哪些办法?

答:

  1. 好的 hash 算法
  2. 自动扩容,当数组大小快满的时候,采取自动扩容,可以减少 hash 冲突;
  3. hash 冲突发生时,采用链表来解决;
  4. hash 冲突严重时,链表会自动转化成红黑树,提高遍历速度。

3.HashMapHashMap 是如何扩容的?

  • 扩容时机:
    1. 初始化:put 时,发现数组为空,进行初始化扩容,默认扩容大小为 16;
    2. 扩容:put 成功后,发现现有数组大小大于扩容的门阀值时,进行扩容,扩容为老数组大小的 2 倍;
  • 扩容的阀值是 threshold,每次扩容时 threshold 都会被重新计算,门阀值等于数组的大小 * 影响因子(0.75)。
  • 新数组初始化之后,需要将老数组的值拷贝到新数组上,链表和红黑树都有自己拷贝的方法。

4. hash 冲突时怎么办?

答:hash 冲突指的常出现于不同的 key 计算得到相同的 hashcode 情况。

  • 如果桶中元素原本只有一个或已经是链表了,新增元素直接追加到链表尾部;
  • 如果桶中元素已经是链表,并且链表个数大于等于 8 时,此时有两种情况:
    1. 如果此时数组大小小于 64,数组再次扩容,链表不会转化成红黑树;
    2. 如果数组大小大于 64 时,链表就会转化成红黑树。

这里不仅仅判断链表个数大于等于 8,还判断了数组大小,数组容量小于 64 没有立即转化的原因,猜测主要是因为红黑树占用的空间比链表大很多,转化也比较耗时,所以数组容量小的情况下冲突严重,我们可以先尝试扩容,看看能否通过扩容来解决冲突的问题。

5.为什么链表个数大于等于 8 时,链表要转化成红黑树了?

答:这实际是两个问题

  1. 为什么要转换成红黑树?
    当链表个数太多了,遍历可能比较耗时,转化成红黑树,可以使遍历的时间复杂度降低。但转化成红黑树会有空间和转化耗时的成本。
  2. 为什么是节点个数大于等于8?
    通过泊松分布公式计算,正常情况下,链表个数出现 8 的概念不到千万分之一,所以说正常情况下,链表都不会转化成红黑树,这样设计的目的,是为了防止非正常情况下,比如 hash 算法出了问题时,导致链表个数轻易大于等于 8 时,仍然能够快速遍历。

6.红黑树什么时候转变成链表?

答:当节点的个数小于等于 6 时,红黑树会自动转化成链表,主要还是考虑红黑树的空间成本问题,当节点个数小于等于 6 时,遍历链表也很快,所以红黑树会重新变成链表。

7.HashMap 在 put 时,如果数组中已经有了这个 key,我不想把 value 覆盖怎么办?取值时,如果得到的 value 是空时,想返回默认值怎么办?

答:

  • 如果数组有了 key,但不想覆盖 value ,可以选择 putIfAbsent 方法,这个方法有个内置变量 onlyIfAbsent,内置是 true ,就不会覆盖,我们平时使用的 put 方法,内置 onlyIfAbsent 为 false,是允许覆盖的。

  • 取值时,如果为空,想返回默认值,可以使用 getOrDefault 方法,方法第一参数为 key,第二个参数为你想返回的默认值,如 map.getOrDefault(“2”,“0”),当 map 中没有 key 为 2 的值时,会默认返回 0,而不是空。

8.通过以下代码进行删除,是否可行?

HashMap<String,String > map = Maps.newHashMap();
map.put("1","1");
map.put("2","2");
map.forEach((s, s2) -> map.remove("1"));

答:不行,会报错误 ConcurrentModificationException,forEach源码如下:

public void forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) {
    
        Node<K,V>[] tab;
        if (action == null)
            throw new NullPointerException();
        if (size > 0 && (tab = table) != null) {
    
            int mc = modCount; // 开始循环之前modCount被赋值给mc
            for (int i = 0; i < tab.length; ++i) {
    
                for (Node<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next)
                    action.accept(e.key, e.value);
            }
            if (modCount != mc) // 删除时remove方法会修改modCount,但mc没变
                throw new ConcurrentModificationException();
        }
    }

建议使用迭代器的方式进行删除,原理同 ArrayList 迭代器原理,

9.描述一下 HashMap get、put 的过程

答:具体请参考【Java容器源码】HashMap最详细万字源码分析(JDK8),想不清楚的话,可以画一画。

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转载自blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/108733304