一文带你解读所有HashMap的面试题

目录

• HashMap
• HashMap 的数据结构
• JDK7 和 JDK8 HashMap哪里不一样
• HashMap是否安全
• HashMap 的扩容机制

关于 HashMap 阿粉相信大家再面试的时候，是非常容易被问到的，为什么呢？因为至少是在 JDK8 出来之后，非常容易被问到关于 HashMap 的知识点，而如果对于没有研究过他的源代码的同学来说，这个可能只是说出一部分来恰卡编程网，比如线程安全，链表+红黑树，以及他的扩容等等，今天阿粉就来把 HashMap 上面大部分会被在面试中问到的内容，做个总结。

HashMap

说到 HashMap 想必大家从脑海中直接复现出了一大堆的面试题，

• HashMap 的数据结构
• JDK7 和 JDK8 HashMap哪里不一样
• HashMap是否安全
• HashMap 的扩容机制

说到这里，我们就来挨着分析一下这个 HashMap 的这写面试题。

HashMap 的数据结构

这个 HashMap 的数据结构，面试官这个问题，属于那种可大可小的，往大了说，那就是需要你把所有的关于 HashMap 中的内容都详细的解释明白，但是如果要是往小了说，那就是介绍一下内部结构，就可以了。

阿粉今天来分析一下这个数据结构了。

HashMap 里面有几个比较重要的参数：

//默认初始容量——必须是2的幂
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;

//当没有构造函数中指定使用的负载系数
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

//扩容的阈值，等于 CAPACITY * LOAD_FACTOR
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

//降容的阈值
staticfinalintUNTREEIFY_THRESHOLD=6;

//扩容的另外一个参数
staticfinalintMIN_TREEIFY_CAPACITY=64;

参数我们都看到了上述的这些内容了，如果用大白话，怎么去形容这些参数呢？其实这就涉及到这个后面的 JDK8 中的 HashMap 不一样的结构了，

我们也知道 JDK8 中的 HashMap ，如果在横向上是数组的话，那么他的纵向的每一个元素上面，都是一个单项的链表，而这个链表，会根据长度，来进行不通的演化，而这个演化就是扩容成为树结构和降容成为链表结构的关键，而这些关键，都是通过这些参数来进行的定义。

CAPACITY就相当于是 HashMap 中的默认初始容量。

LOAD_FACTOR负载因子

TREEIFY_THRESHOLD树化的阈值，也就是说table的node中的链表长度超过这个阈值的时候，该链表会变成树

UNTREEIFY_THRESHOLD树降级成为链表的阈值（也就是说table的node中的树长度_{恰卡编程网}低于这个阈值的时候，树会变成链表）

MIN_TREEIFY_CAPACITY树化的另一个参数，就是当hashmap中的node的个数大于这个值的时候，hashmap中的有些链表才会变成树。

transient Node<K,V>[] tableHash 表

有些小伙伴在面试的时候，就会说，当 HashMap中的某个 node 链表长度大于 8 的时候，HashMap 中的这个链表就会变成树，实际上不是的，这个还和MIN_TREEIFY_CAPACITY有关系，也就是说整个 HashMap 的 node 数量大于64，node 的链表长度大于 8 才会变成树。

JDK7 和 JDK8 HashMap哪里不一样

JDK7我们大家也都知道，如果按照横向是数组，那么他的纵向每个元素上面，都是一个单向的链表，而横向上，每一个实体，就相当于是一个 Entry 的实例。

而这每一个 Entry 中都包含了四个属性，

• key
• value
• hash值
• 用于单项列表的next

就像下图这个样子

JDK7

所以 JDK7 的 HashMap 的数据结构就是数组+链表的形式构成

而 JDK8 就不一样了，因为他们的内部很巧妙的给增加了红黑树，如下图

JDK8

所以 JDK8 的 HashMap 的数据结构就是数组+链表+红黑树的形式构成了。

HashMap是否安全

一说这个，肯定都是非常基础的面试题，都知道 HashMap 是属于那种线程不安全的类，为什么不安全，他不安全到底会提现在哪个地方，难道面试的时候，你就只会说他的内部没有被 synchronize 关键字控制么？

所以，说起 HashMap 的不安全，那么就得从 put 和 get 方法说起了。

这个直接先看内部实现，我们先来看 put 方法，然后去分析这个 put 方法，

publicVput(Kkey,Vvalue){
returnputVal(hash(key),key,value,false,true);
}

finalVputVal(inthash,Kkey,Vvalue,booleanonlyIfAbsent,
booleanevict){
Node<K,V>[]tab;Node<K,V>pythonp;intn,i;
//在这里先进行Hash表的初始化
if((tab=table)==null||(n=tab.length)==python0)
n=(tab=resize()).length;
//通过Hash值计算在Hash表中的位置，并将这个位置的元素赋值给P如果等于空的话创建一个新的node
if((p=tab[i=(n-1)&hash])==null)
tab[i]=newNode(hash,key,value,null);
else{
Node<K,V>e;Kk;
//Hash表的当前的index已经存在了元素，向这个元素后追加链表
if(p.hash==hash&&
((k=p.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))
e=p;
elseif(pinstanceofTreeNode)
e=((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this,tab,hash,key,value);
else{
for(intbinCount=0;;++binCount){
//新建接点，并且追加到列表
if((e=p.next)==null){
p.next=newNode(hash,key,value,null);
if(binCount>=TREEIFY_THRESHOLD-1)//-1for1st
treeifyBin(tab,hash);
break;
}
if(e.hash==hash&&
((k=e.key)==key||(key!=null&&key.equals(k))))
break;
p=e;
}
}
if(e!=null){//existingmappingandroidforkey
VoldValue=e.value;
if(!onlyIfAbsent||oldValue==null)
e.value=value;
afterNodeAccess(e);
returnoldValue;
}
}
++modCount;
if(++size>threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
returnnull;
}

看到源码之后，我们猜想一下都会有哪些地方会出问题呢？比如，这时候如果有两个线程同时去执行 put

一个线程 A 执行put("1","A");

一个线程 B 执行put("2","B");

如果这个时候线程 A 和 B 都执行了if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)但是，如果这个时候线程 A 先执行了tab[i] = newNode(hash, key, value, null);这时候，内部是没啥问题的，已经放进去了，

这时候如果线程 B 去执行tab[i] = newNode(hash, key, value, null);就会导致 A 线程中的 key 为 1 的元素 A 丢失。直接被线程 B 进行了覆盖，这也是为什么会有一些人说， JDK7 中是对扩容时会造成环形链或数据丢失，而在 JDK8 中是会会发生数据覆盖的情况。

就会出现 null 的问题，这个问题，不论是 JDK7 还是 JDK8 全都有这个问题，如果面试的时候，能够从这个地方分析一下的，至少这个线程不安全，你确实是自己去研究了一下，所以这就可以完美的解释了，HashMap 的线程不安全的问题了。

HashMap 的扩容机制

我们在上面也都列举了一下 HashMap 的一些关键参数，接下来，就来分析他的扩容是怎么实现的 ，

publicHashMap(intinitialCapacity,floatloadFactor){
if(initialCapacity<0)
thrownewIllegalArgumentException("Illegalinitialcapacity:"+
initialCapacity);
if(initialCapacity>MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity=MAXIMUM_CAPACITY;
if(loadFactor<=0||Float.isNaN(loadFactor))
thrownewIllegalArgumentException("Illegalloadfactor:"+
loadFactor);
this.loadFactor=loadFactor;
this.threshold=tableSizeFor(initialCapacity);
}

这段代码，写的看起来非常的舒服，指定了初始容量和加载因子，下一次需要扩容的容量threshold值由tableSizeFor方法得出

staticfinalinttableSizeFor(intcap){
intn=cap-1;
//>>>：无符号右移。无论是正数还是负数，高位通通补0。
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;
}

而tableSizeFor这个方法是用于计算出大于等于 cap 值的最大的2的幂值,而后续 HashMap 需要扩容时，每次 table 数组长度都扩展为原来的两倍，所以，table 数组长度总是为2的幂值。

为什么用位移运算，不直接使用.pow的方法， 这个东西，很明显， 位运算这种方式，效率可比.pow的效率要高很多，接下来就是正儿八经的扩容方法了。

finalNode<K,V>[]resize(){
Node<K,V>[]oldTab=table;
intoldCap=(oldTab==null)?0:oldTab.length;//旧容量
intoldThr=threshold;//旧的需要扩容的阈值
intnewCap,newThr=0;
if(oldCap>0){//如果不是第一次扩容
if(oldCap>=MAXIMUM_CAPACITY){
threshold=Integer.MAX_VALUE;//如果容量大于最大值，将阈值设为最大值，这样不会发生下次扩容
returnoldTab;
}
//扩容容量为上一次容量的两倍
elseif((newCap=oldCap<<1)<MAXIMUM_CAPACITY&&
oldCap>=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr=oldThr<<1;//下次扩容阈值等于本次扩容阈值*2，因为扩容会扩为原来容量的两倍，所以依然满足newThr=newCap*loadFactor
}
elseif(oldThr>0)//第一次扩容，并且用户指定了初始容量
newCap=oldThr;//扩展的容量为阈值
else{//第一次扩容，并且初始容量和加载因子使用的默认值
newCap=DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr=(int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR*DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if(newThr==0){//如果用户指定了初始容量时，并且是第一次扩容
floatft=(float)newCap*loadFactor;
//下次扩容阈值为newCap*loadFactor
newThr=(newCap<MAXIMUM_CAPACITY&&ft<(float)MAXIMUM_CAPACITY?
(int)ft:Integer.MAX_VALUE);
}
threshold=newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[]newTab=(Node<K,V>[])newNode[newCap];//新的数组
table=newTab;
if(oldTab!=null){
for(intj=0;j<oldCap;++j){//将旧数组数据移动到新数组
Node<K,V>e;
if((e=oldTab[j])!=null){
oldTab[j]=null;
if(e.next==null)//如果还不是链表或红黑树，把数据直接移动到新数组中对应位置
newTab[e.hash&(newCap-1)]=e;
elseif(einstanceofTreeNode)//红黑树时的移动数据
((TreeNode<K,V>)e).split(this,newTab,j,oldCap);
else{//链表时移动数据
//原来的key的hash值对应的数组位置可能会发生变化
//因为在做与操作时，现有的数组长度多了两倍，也就是多了一位的与计算
//所以，链表或红黑树中的元素可能在原来位置，或者在原来位置+原来数组长度的位置
Node<K,V>loHead=null,loTail=null;
Node<K,V>hiHead=null,hiTail=null;
Node<K,V>next;
do{
....省略不分
}
}
}
}
returnnewTab;
}

总的来说，扩容就是创建一个新的数组，数组长度为原来的两倍，并将下一次需要扩容的阈值设置为新数组乘以加载因子的大小。

然后将原来数组中的数据移动到新数组中。

如果数组中的元素不是链表和红黑树，那么直接移动到原来旧数组中下标的位置。

否则如果是链表或红黑树，那么其中的数据可能会在原来的位置，或者在原来的位置+原来数组长度的位置，此时将原来的链表或红黑树分为两个链表或红黑树，再把数据移动到相应位置。

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