HashMap 常见面试题

流光容易把人抛
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一.什么是哈希碰撞

哈希碰撞是指在哈希表中出现两个或多个键（key）产生了相同的哈希值的情况，这就是哈希冲突或哈希碰撞。在哈希表中，通过哈希函数将键映射到索引的过程中，由于数据的不确定性，可能会使多个键映射到相同的索引位置，这样就会产生哈希碰撞。为了解决哈希碰撞问题，通常会使用一些技术，如散列链表、开放定址、再哈希等。哈希碰撞会导致哈希表的性能下降，因为需要额外的时间来解决冲突。

二.HashMap中装载因子，以及扩容规则

HashMap中的装载因子（load factor）是指当哈希表中存储的元素个数达到总容量的百分比时，就会触发扩容操作。装载因子的大小可以通过构造函数指定，默认值为0.75。

扩容是当HashMap中元素的数目达到阈值时，自动增加容量，调整哈希表的大小，以便容纳更多的元素。根据Java官方文档指出，当HashMap中的元素数量超过负载因子×当前哈希表长度时，就需要对HashMap进行扩容。具体的扩容规则如下：

  1. 创建一个新的哈希表，大小是原先的两倍。
  2. 遍历原哈希表中所有的元素，重新计算它们在新哈希表中的位置，并将它们复制到新的哈希表中。
  3. 将新哈希表赋值给HashMap底层的数组，完成扩容。

注意，扩容涉及到重新哈希所有的原先存储的元素，耗时比较长，因此HashMap的初始容量应该根据需要预估，以减少扩容的次数。

三. HashMap的高频面试题和难点

  1. HashMap底层实现原理是什么？ HashMap底层实现原理是基于哈希表实现的。具体来说，它是由一个数组和一个链表构成的，每个数组元素被称为桶（bucket），每个桶里面有一个链表，用于解决哈希碰撞的问题。当使用put()方法将键值对存入HashMap时，首先根据键的哈希值计算出对应的桶，然后将键值对添加到相应的链表中。

  2. 什么情况下会引起HashMap的哈希冲突？ 当两个不同的键具有相同的哈希值时，会发生哈希冲突。

  3. HashMap的扩容机制是什么？ 当HashMap存储的元素数量超过负载因子×当前哈希表长度时，就需要对HashMap进行扩容。具体的扩容规则如下：

    1. 创建一个新的哈希表，大小是原先的两倍。
    2. 遍历原哈希表中所有的元素，重新计算它们在新哈希表中的位置，并将它们复制到新的哈希表中。
    3. 将新哈希表赋值给HashMap底层的数组，完成扩容。

  4. 如何避免HashMap的哈希碰撞问题？ 可以通过以下几种方式避免哈希碰撞：

    • 实现好的哈希函数：实现一个好的哈希函数可以将哈希值的分布均匀化，减少哈希碰撞发生的概率。
    • 扩容：扩容可以增加哈希表的空间，减少碰撞的概率。
    • 开放地址法：开放地址法可以是空间连续，降低哈希冲突的概率。
    • 链式存储法：使用链表来解决哈希碰撞问题。

  5. HashMap和ConcurrentHashMap有什么区别？ HashMap是非线程安全的，而ConcurrentHashMap是线程安全的，可以进行高并发读写操作。ConcurrentHashMap的主要实现方式是对哈希桶进行分段锁定，即将整个HashMap分成多个段，每个段独立进行加锁，这样可以在多线程并发访问中提高性能。

  6. 如何使用迭代器遍历HashMap？ 使用迭代器可以遍历HashMap的元素，可以对键值进行迭代，例如：

    Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put("key1", "value1");
map.put("key2", "value2");
Iterator<Map.Entry<String, String>> it = map.entrySet().iterator();
while(it.hasNext()){
    Map.Entry<String, String> entry = it.next();
    System.out.println("key=" + entry.getKey() + ", value=" + entry.getValue());
}

  7. 如何避免HashMap死循环问题？ 在多线程环境下，当HashMap被扩容时，如果有多个线程同时访问HashMap的话，就有可能导致HashMap出现死循环的情况。为了避免此问题，可以使用ConcurrentHashMap来代替HashMap，或者在使用HashMap时，将其限制于单线程环境下，或者采用Collections.synchronizedMap或者手动实现线程同步控制策略等方式来保证线程安全。

四.HashMap HashTable HashTree HashSet TreeSet ConcurrentHashMap 比较

  1. HashMap：
    • 优点：顺序、速度非常快，具备极好的查找性能。
    • 缺点：非线程安全，扩容代价较高
  2. HashTable：
    • 优点：与HashMap类似，线程安全，支持并发读写。
    • 缺点：同步代价较高，多线程效率低下
  3. HashTree：
    • 优点：对元素有序，能够很快地查找到元素位置。
    • 缺点：插入删除效率较低，占用较多内存空间。
  4. HashSet：
    • 优点：存储元素无序，查询速度快。
    • 缺点：非线程安全，无序。
  5. TreeSet：
    • 优点：对元素有序，提供有关排序的方法。
    • 缺点：插入删除效率较低，比HashSet占用更多的内存空间。
  6. ConcurrentHashMap:
    • 优点：线程安全，高并发读写，性能好。
    • 缺点：内部实现较为复杂，可能存在一定的问题风险。

需要根据具体需求和场景选择适合的集合。如果不需要考虑线程安全性和元素有序性，可以选择使用HashMap或HashSet，如果需要考虑线程安全性和高并发读写，可以选择ConcurrentHashMap，如果需要对元素有序并且需要进行排序操作，可以选择TreeSet，如果需要对元素有序但不需要排序操作，可以选择TreeMap或LinkedHashMap。

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