HashMapHashTable底层原理以及常见面试题

底层原理以及常见面试题"/>

HashMapHashTable底层原理以及常见面试题

1．HashMap VS HashTable

1.1.首先说下 HashMap 的原理。

HashMap 的数据结构

/**
The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
**/
transient Entry[] table;
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V>{final K key;V value;Entry<K,V> next;final int hash;...} 

HashMap存储函数的实现put(K key, V value)
根据下面put方法的源代码可以看出，当程序试图将一个key-value对放入HashMap中时，**1.**程序首先计算该key的hashCode()值，**2.**然后对该哈希码值进行再哈希，**3.**然后把哈希值和(数组长度-1)进行按位与操作，得到存储的数组下标，**4.**如果该位置处设有链表节点，那么就直接把包含<key,value>的节点放入该位置。如果该位置有结点，就对链表进行遍历，看是否有hash,key和要放入的节点相同的节点，如果有的话，就替换该节点的value值，如果没有相同的话，就创建节点放入值，并把该节点插入到链表表头(头插法)。

public V put(K key, V value) {//HashMap允许存放null键和null值。//当key为nu11时， 调用putForNullKey方法，将valve放置在数组第一个位置。if (key = null)return putForNullKey(value);//根据key的keyCode重新计算hash值。int  hash = hash(key .hashCode());//搜索指定hash值在对应table中的索int i = indexFor(hash, table . length);//如果i索引处的Entry不为null,通过循环不断遍历e元素的下一个元素。for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null;e = e.next) {Object k;if (e.hash == hash && ((k == e.key) == key || key. equals(k))) {V oldValue = e.value;e.value = value;e.recordAccess(this);return oldValue;}}//如果读引处的Entry为null，表明此处还没有EntryomodCount++;//将key、 value添加到索引处。addEntry(hash, key, value, i);return null;
}

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {//获取指定bucketIndex 索引处的EntryEntry<K,V> e = table[bucketIndex];//将新创健的Entry 放入bucketIndex索引处，并让新的Entry 指向原来的Entrytable[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);//如果Hap中的key-value对的数里超过了极限if (size++ >= threshold)//把table对象的长度扩充到原理的2倍resize(2*table.length);
}

二倍扩容

 void resize(int newCapacity) {Entry[] oldTable = table;int oldCapacity = oldTable.length;if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {threshold = Integer.MAX_VALUE;return;}Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));table = newTable;threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);}

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {int newCapacity = newTable.length;for (Entry<K,V> e : table) {while(null != e) {Entry<K,V> next = e.next;if (rehash) {e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);}int i = indexFor(e.hash, newCapacity);e.next = newTable[i];newTable[i] = e;e = next;}}}

static int indexFor(int h, int length) {// assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";return h & (length-1);}

static int hash(int h){h ^ =(h>>>20)^ (h>>>12);return h ^ (h>>>7) ^ (h>>>4);
}

扩展:为何数组的长度是2的n次方呢?
1.这个方法非常巧妙，它通过h & (table.length-1)来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是2的n次方，2^n -1得到的二进制数的每个位上的值都为1,那么与全部为1的一一个数进行与操作，速度会大大提升。
2.当length总是2的n次方时，h& (length-1)运 算等价王对length取模，也就是h%length,但是&比%县有更高的效率。
3.当数组长度为2的n次幂的时候，不同的key算得的index相同的几率较小，那么数据在数组上分布就比较均匀，也就是说碰擁的几率小，相对的，查询的时候就不用遍历某个位置上的链表，这样查询效率也就较高了。
HashMap读取函数的实现get

public V get(object key) {if (key = null)return getForNullKey();int hash ”hash(key.hashCode());for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table. length)];e!=null;e = e.next) {0bject k;if (e.hash=hash && ((k=e.key)==key II key.equals(k)){return e.value;}return null;
}

hashMap的get方法1. 是首先通过key的两次hash后的值与数组的长度-1进行与操作，定位到数组的某个位置，2. 然后对该列的链表进行遍历，一般情况下，hashMap的这种查找速度是非常快的，hash 值相同的元(O就会造成链表中数据很多，而链表中的数据查找是通过应历所有链表中的元素进行的，这可能会影响到查找速度，找到即返回。特别注意:当返回为null时，你不能判断是没有找到指定元素，还是在hashmap中存着一一个value为null的元素，因为hashmap允许value为null.
HashMap的扩容机制:
当HashMap中的结点个数超过数组大小loadEactor*(加载因子)时，就会进行数组扩容,loadFactor的默认值为0.75.世就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当HashMap电结点个数超过160.75=12的时候，就把数组的大小和展为216=32,即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，并放进去，而这是一个非常消耗性能的操作。
多线程下HashMap出现的问题:
1.多线程put操作后，get操作导致死循环导致cpu100%的现象。主要是多线程同时put时，如果同时触发了rehash操作，会导政扩客后的HashMap中的链表中出现循环节点进而使得后面get的时候，会死循环。
2.多线程put操作，导致元素丢失，也是发生在个线程对hashmap 扩容时。

2.hashTable的原理。

它的原理和hashMap基本一致。

3.HashMap和HashTable的区别。

1. Hashtable 是线程安全的，方法是Synchronized 的，适合在多线程环境中使用，效率稍低: HashMap不是线程安全的，方法不是Synchronized的，效率稍高，适合在单线程环境下使用，所以在多线程场合下使用的话，需要手动同步HashMap，Collctions. synchronizedMap()。
   PS:HashTable的效率比较低的原因?
   在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访间HashTable的同步方法时，访问其他同步方法的线程就可能会进入阻嘉或者轮训状态。如线程1使用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈改率越低.
   2.HashMap的key和value都可以为null值，HashTable 的key和value都不允许L Null值。
   3.HashMap中数组的默认大小是16，而且一定是2的倍数，扩容后的数組长度是之前数组长度的2倍。HashTable中数组默认大小是11.扩容后的数组长度是之前数组长度的2倍+1。
   4.哈希直的使用不同。
   而HashMap重新计算hash值，面且用&代替求模:

int hash = hash(key.hashcode0);
int i= indexFor(hash, table.length);
static int hash(Objectx) {int h = x.hashCode();h += ~(h<<9);h^= (h>>> 14);h+=(h<< 4);h ^= (h>>> 10);returm h;
}

static int indexFor(int h, int length) {return h & (length-1);  //hashmap的表长永远是2^n。
}

HashTable直接使用对象的hashCode值:
int hash = key.hashCode(); //注意区分2者的hash值!! int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

4.判断是否含有某个键

在HashMap中，null 可以作为键，这样的键只有一个，可以有一个或多个键所对应的值为null,当get()方法返回null值时，既可以表示HashMap中没有该键，也可以表示该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能用get()方法来判断HashMap中是否存在某个键，而应该用containsKey()方法来判析。Hashtable的键值都不能为null,所以可以用get()方 法来判断是否含有某个键。