【面试突击】JAVA基础知识-集合

HashMap 1.8 全面解析与面试速答

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一、概览

• 底层结构：数组 Node<K,V>[] table + 桶内链表（发生冲突时）+ 桶内红黑树（高冲突时）。
• JDK 1.8 关键升级点：
  • 链表尾插（保持顺序，降低扩容期间产生环的风险），
  • 引入红黑树优化高冲突桶的查找效率。

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二、核心参数（必须记牢）

• 默认初始容量：16
• 最大容量：1 << 30
• 默认负载因子：0.75f
• 链表转红黑树阈值：8
• 红黑树退化回链表阈值：6
• 允许树化最小表容量：64

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三、定位桶的奥秘：hash 扰动与索引计算

// 1. 取 hash 值
static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

// 2. 桶索引计算
index = (n - 1) & hash;

• 扰动函数：h ^ (h >>> 16)，用于混合高位，减少 hash 冲突。
• 下标计算：(n - 1) & hash，n 为 table 长度且恒为 2 的幂，效率极高。

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四、put 流程梳理

1. 扰动 hash+定位槽位：提升分布均匀度，保证高效存取。
2. table 初始化：若为空，resize() 初始化（默认16）。
3. 槽位空/非空：空则直接插入，否则遍历桶（链表/树），已存在则覆盖 value，否则尾插新节点。
4. 树化判定：桶内链表长≥8且 table 长≥64，才树化。
5. 扩容判定：当前元素数≥容量 × 负载因子时自动扩容（容量翻倍）。

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五、get 流程总结

• hash 扰动后，按索引定位桶。
• 桶为树，则树查找；为链表，则 equals 比较。
• 命中返回 value，未命中返回 null。

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六、resize 扩容机制（1.8 优化）

• 触发点：size > threshold
• 步骤：
  1. 建立新表（容量双倍），阈值随之变化。
  2. 遍历旧桶，将节点依次拆为低/高位两组：
     • e.hash & oldCap == 0：原索引位置；
     • e.hash & oldCap != 0：新索引 = 原索引 + oldCap。
  3. 保持链表相对顺序（尾插），避免成环。
  4. 树形桶可能分为两棵更小的树，或退化成链表。

优化要点：利用位运算完成节点拆分，迁移零额外 hash 计算，极高效率。

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七、树化与退化规则

• 树化：单桶链表节点数≥8且表长≥64才树化。
• 退化：树化桶节点减至≤6时自动回退为链表，节约内存。

大表遇真冲突才树化，避免在小表时过早树化带来空间浪费。

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八、为何容量必须为 2 的幂？

• (n - 1) & hash 高效取模；
• 保证 hash 低位能均匀分布；
• 扩容节点无需重新 hash，直接通过 & oldCap 分组，决定留原位or偏移，迁移 O(1)。

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九、复杂度 & 空间分析

• 平均查找/插入：O(1) 摊还；
• 极端冲突：链表 O(k)，树化后 O(log k)；
• 树节点空间消耗高于链表。

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十、线程安全问题（高频面试）

• 并发 put：同桶冲突可能数据被覆盖。
• 并发 resize：迁移中间态有概率丢节点/读不一致（1.7 更严重，1.8 尾插有所缓解）。
• 可见性：无同步，get 可能看到“未完全发布”的数据。
• 结论：多线程下 HashMap 绝不安全，强烈推荐用 ConcurrentHashMap！

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十一、常见误区纠正

• 不是 put 时就树化，要满足“链表长≥8 && 表长≥64”。
• (n-1)&hash 能高效取模，前提是 n 一定为 2 的幂。
• JDK1.8 并不线程安全，只是降低了头插成环概率。

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十二、面试速答超浓缩（30s）

HashMap 1.8: 底层“数组+链表+红黑树”，索引靠 hash 扰动和位运算，容量始终 2 的幂。put 命中桶，若树用树，链表用尾插，链表≥8且表≥64才树化，否则先扩容。扩容搬迁靠位运算判分组，不重新 hash，并发下不安全，推荐用 ConcurrentHashMap。

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ConcurrentHashMap 1.8 深度笔记与速答

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一、诞生背景

• HashMap：线程不安全，多线程 put 会丢数据/死循环。
• Hashtable：整表一把锁，性能极差。

ConcurrentHashMap = 线程安全 + 高性能的 HashMap。

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二、底层结构

• 数组 + 链表 + 红黑树与 HashMap 1.8 相同。
• 数组类型：Node<K,V>[] table，桶里冲突少用链表，多时用红黑树。

可简单认为：加了并发控制的 HashMap。

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三、三大核心特性

1. get：无锁读取

• hash 定位桶，链表 or 树方式查找。
• 全过程不加锁，只用 volatile 保证可见性，多线程读极快。

2. put：只锁当前桶，小锁极细粒度

• 定位桶，若空用 CAS 插入，无锁。

• 非空则对桶头节点 synchronized，只锁“一小块”。

• 对比：

  • Hashtable：锁整表，写任何地方都竞争。
  • CHM：写不同桶互不影响。

3. 扩容：多线程协作搬迁

• 多线程拆分桶任务，一起搬数据。
• 被迁移过的桶用 ForwardingNode 特殊节点标记，线程可判断并协作或转向新表。

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四、JDK 1.7/1.8 差别快答

• **1.7：**分段锁（Segment）+每段锁一把；
• **1.8：**去掉 Segment，直接桶粒度锁，更灵活高效。

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五、面试重点与小结

• 不允许 null key/null value。
• get 无锁，多线程读极快。
• put/remove 只锁单个桶，极小锁冲突。
• size() 高并发场景下为近似值。
• 迭代弱一致，不抛 ConcurrentModificationException。

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六、面试超浓缩模板

ConcurrentHashMap 1.8：底层和 HashMap 1.8 类似，但做了并发优化。get 无锁，仅读 volatile。put 时如果桶空用 CAS 插入，桶非空只对桶头加 synchronized，不锁全表。扩容支持多线程，协同搬迁桶数据。多线程安全且高性能。

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