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Java经典面试题:HashMap和HashTable以及ConcurrentHashMap分析

前言:

HashMap 应该算是 Java 后端工程师面试的必问题,因为其中的知识点太多,很适合用来考察面试者的 Java 基础。比如HashMap和HashTable以及ConcurrentHashMap,这个就是hashmap面试的精髓,大家来一起看看是如何面试的吧!

开场

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面试官: 你先自我介绍一下吧!

我: 我是**,毕业于****,目前在--公司做--系统开发。开发的项目有--布拉布拉......

面试官: 看你简历上写熟悉 Java 集合,HashMap 用过的吧?

我: 用过的。(还是熟悉的味道)

面试官: 那你跟我讲讲 HashMap 的内部数据结构?

我: 目前我用的是 JDK1.8 版本的,内部使用数组 + 链表红黑树;

我: 方便我给您画个数据结构图吧:

在这里插入图片描述 另外本人整理了20年面试题大全,包含spring、并发、数据库、Redis、分布式、dubbo、JVM、微服务等方面总结,下图是部分截图,需要的话点这里点这里,暗号掘金。

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面试官: 那你清楚 HashMap 的数据插入原理吗?

我: 呃......我觉得还是应该画个图比较清楚,如下:

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  1. 判断数组是否为空,为空进行初始化;
  2. 不为空,计算 k 的 hash 值,通过(n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标 index;
  3. 查看 table[index] 是否存在数据,没有数据就构造一个 Node 节点存放在 table[index] 中;
  4. 存在数据,说明发生了 hash 冲突(存在二个节点 key 的 hash 值一样), 继续判断 key 是否相等,相等,用新的 value 替换原数据(onlyIfAbsent 为 false);
  5. 如果不相等,判断当前节点类型是不是树型节点,如果是树型节点,创造树型节点插入红黑树中;
  6. 如果不是树型节点,创建普通 Node 加入链表中;判断链表长度是否大于 8, 大于的话链表转换为红黑树;
  7. 插入完成之后判断当前节点数是否大于阈值,如果大于开始扩容为原数组的二倍。

面试官: 刚才你提到 HashMap 的初始化,那 HashMap 怎么设定初始容量大小的吗?

我: (就猜你会问这个) 一般如果new HashMap() 不传值,默认大小是 16,负载因子是 0.75, 如果自己传入初始大小 k,初始化大小为 大于 k 的 2 的整数次方,例如如果传 10,大小为 16。(补充说明:实现代码如下)

static final int tableSizeFor(int cap) {
  int n = cap - 1;
  n |= n >>> 1;
  n |= n >>> 2;
  n |= n >>> 4;
  n |= n >>> 8;
  n |= n >>> 16;
  return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
复制代码

补充说明:下图是详细过程,算法就是让初始二进制右移 1,2,4,8,16 位,分别与自己异或,把高位第一个为 1 的数通过不断右移,把高位为1 的后面全变为 1,111111 + 1 = 1000000 = 2的6次方(符合大于 50 并且是 2 的整数次幂 )

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面试官: 你提到 hash 函数,你知道 HashMap 的哈希函数怎么设计的吗?

我: (不是吧,非要问到我不会为止吗) hash 函数是先拿到通过 key 的 hashcode,是 32 位的 int 值,然后让 hashcode 的高 16 位和低 16 位进行异或操作。

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重点来了!

面试官:HashMap和HashTable的区别是什么?

我: HashMap不是线程安全的

HashMap是map接口的子类,是将键映射到值的对象,其中键和值都是对象,并且不能包含重复键,但可以包含重复值。HashMap允许null key和null value,而hashtable不允许。

HashTable是线程安全。

HashMap是Hashtable的轻量级实现(非线程安全的实现),他们都完成了Map接口,主要区别在于HashMap允许空(null)键值(key),由于非线程安全,效率上可能高于Hashtable。

HashMap允许将null作为一个entry的key或者value,而Hashtable不允许。 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继承自Dictionary类,而HashMap是Java1.2引进的Map interface的一个实现。 最大的不同是,Hashtable的方法是Synchronize的,而HashMap不是,在多个线程访问Hashtable时,不需要自己为它的方法实现同步,而HashMap 就必须为之提供外同步。 Hashtable和HashMap采用的hash/rehash算法都大概一样,所以性能不会有很大的差。

那ConcurrentHashMap呢,它是干嘛的?

虽然jdk提供了HashMap和HashTable但是如何同时满足线程安全和效率高呢,显然这两个都无法满足,所以就诞生了ConcurrentHashMap神器,让我们应用于高并发场景。

该神器采用了分段锁策略,通过把整个Map分成N个Segment(类似HashTable),可以提供相同的线程安全,效率提升N倍,默认提升16倍。

ConcurrentHashMap的优点就是HashMap和HashTable的缺点,当然该神器也是不支持键值为null的

ConcurrentHashMap的出现也意味着HashTable的落幕,所以在以后的项目中,尽量少用HashTable。

面试官:(内心os:小伙子可以的,对底层了解的很深啊,基础很好,剩下的不用问了)

你的水平我这边基本了解了,我对你还是比较满意的,基础和原理还是很好的,我这边会跟上面进行反馈,会对你的简历进行评估筛选,通过了会进行二面的,你回去等通知吧。

我:好的好的,谢谢面试官,我这边先回去了。内心OS:好险好险,一个hashmap差点被问倒,幸好面试前好好看了一下,不然今天就尴尬了,回家等通知!

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最后:

针对最近很多人都在面试,我这边也整理了相当多的面试专题资料,也有其他大厂的面经。希望可以帮助到大家。

下面的面试题答案都整理成文档笔记。也还整理了一些面试资料&最新2020收集的一些大厂的面试真题(都整理成文档,小部分截图),有需要的可以点击进群找管理,暗号掘金。

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