1.1 快速复习——HashMap 面试题汇总

卖油翁
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基础问题

  1. 解释HashMap的工作原理。 HashMap是Java中的一个基于哈希表的Map接口的非同步实现。它使用键值对的形式存储数据。当一个对象作为键被插入到HashMap中时，它的hashCode()方法被调用以生成一个哈希码，这个哈希码用于确定该对象在内部数组中的存储位置。如果两个键的哈希码相同，即发生了哈希冲突，HashMap会使用链表或红黑树来解决冲突，将具有相同哈希码的键存储在一个链表或红黑树中。

  2. HashMap和Hashtable有什么区别？ HashMap和Hashtable都实现了Map接口，但它们之间有几个关键的区别。Hashtable是线程安全的，而HashMap不是。Hashtable的方法是同步的，这使得它在单线程环境下性能较低。此外，Hashtable不允许null键或值，而HashMap允许一个null值和多个null键。

  3. HashMap和ConcurrentHashMap有什么区别？ ConcurrentHashMap是HashMap的一个线程安全版本。它通过内部的分段锁机制来提供并发访问。这意味着在多线程环境下，ConcurrentHashMap可以提供比HashMap更好的性能，因为它允许多个线程同时进行操作，而不会牺牲太多的性能。

  4. 为什么HashMap的迭代器是失败快照？ HashMap的迭代器被称为失败快照，因为它在迭代过程中不保证能够反映HashMap中所有后续的添加或删除操作。如果在迭代过程中HashMap的结构被修改（例如，添加或删除了元素），迭代器不会抛出异常，但它可能不会遍历到所有新添加的元素，或者可能会遍历到已经被删除的元素。

性能相关问题

  1. 如何优化HashMap的性能？ 优化HashMap的性能可以通过合理设置初始容量和负载因子(默认0.75)来实现。初始容量是HashMap创建时桶的数量，而负载因子是决定何时进行扩容的阈值。通过设置合适的初始容量和负载因子，可以减少哈希冲突和resize操作的次数，从而提高性能。

  2. HashMap在什么情况下会导致性能下降？ 当哈希冲突过多时，HashMap的性能会下降。哈希冲突发生时，多个键可能会映射到同一个桶位置，导致需要遍历链表或红黑树来查找元素，这增加了时间复杂度。因此，设计良好的哈希函数和选择适当的初始容量和负载因子对于减少哈希冲突至关重要。

  3. HashMap的resize操作是如何进行的？ HashMap的resize操作发生在内部数组的负载因子达到设定值时。在resize过程中，HashMap会创建一个更大的内部数组，并重新计算每个键的位置，将键值对重新分配到新的桶中。这个过程是昂贵的，因为它涉及到重新计算哈希值和可能的链表或红黑树的重建。

实际应用

  1. 如何在HashMap中存储自定义对象？ 要在HashMap中存储自定义对象，你需要为你的对象实现hashCode()和equals()方法。hashCode()方法应该返回一个散列码，而equals()方法用于比较两个对象是否相等。这两个方法的正确实现对于确保HashMap能够正确地存储和检索自定义对象至关重要。

  2. 如何确保HashMap中的数据是线程安全的？ 为了确保HashMap中的数据是线程安全的，可以使用Collections.synchronizedMap方法来包装HashMap，这将返回一个同步（线程安全）的Map。另一种选择是使用ConcurrentHashMap，它是专门为并发环境设计的，提供了更好的性能和线程安全性。

  3. 如何使用HashMap实现一个LRU（最近最少使用）缓存？ 实现LRU缓存可以通过结合HashMap和双向链表来完成。HashMap用于存储键值对，而双向链表用于跟踪访问顺序。当需要添加一个新的键值对时，首先检查HashMap中是否已经存在该键。如果存在，更新其在链表中的位置；如果不存在，将新的键值对添加到链表的头部，并将其放入HashMap中。如果链表的长度超过了预设的最大大小，那么链表尾部的元素（即最久未使用的元素）应该被移除，并从HashMap中删除对应的键。

深入探讨

  1. HashMap的容量为什么必须是2的幂？ 在Java的HashMap实现中，容量必须是2的幂，这是因为使用位运算（如模运算）来计算索引时，2的幂可以使得运算更加高效。当容量是2的幂时，(n - 1) & hash可以用来计算索引，这比传统的模运算hash % n更快。

  2. 解释HashMap中的拉链法（separate chaining）和开放寻址法（open addressing）。 拉链法和开放寻址法是解决哈希冲突的两种方法。在拉链法中，哈希表的每个槽位关联一个链表，所有具有相同哈希码的元素都存储在这个链表中。而在开放寻址法中，当一个键的槽位被占用时，会通过某种探测序列寻找下一个空闲的槽位来存储该键。

  3. HashMap的键可以是null吗？值呢？ HashMap允许使用null作为键，但只允许一个null键。这意味着你可以在HashMap中存储一个键为null的键值对。同时，HashMap也允许null值。

  4. 在Java 8中，HashMap的内部结构发生了什么变化？ Java 8对HashMap进行了一些重要的改进。 1、引入了红黑树。当链表长度超过8时，链表会被转换为红黑树，小于6时会降级为链表。 2、Java 8之前链表插入时头部插入，并发存在死循环问题，Java 8之后改为尾部插入。

问题解决

  1. 如果HashMap中的一个键的hashCode方法被重写，会有什么后果？ 如果一个键的hashCode方法被重写，那么它的哈希码可能会改变。这会导致在HashMap中查找该键时出现问题，因为哈希码用于确定键在内部数组中的位置。如果哈希码改变，那么键可能无法被正确地找到，或者可能会被存储在错误的位置，导致性能下降。

  2. 如何处理HashMap中的内存泄漏？ 要避免HashMap中的内存泄漏，需要确保不再需要的键值对被及时移除。如果使用自定义对象作为键，要确保hashCode()和equals()方法正确实现，以便在键不再需要时能够从HashMap中正确地删除。此外，如果HashMap不再使用，应该将其设置为null，以便垃圾收集器可以回收其占用的内存。

参考文档

HashMap 面试题汇总

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