面试 Java 基础八股文十问十答第三十期

面试 Java 基础八股文十问十答第三十期

作者：程序员小白条，个人博客

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1）HashMap 和 HashTable 的区别

• 线程安全性： HashMap 是非线程安全的，而 HashTable 是线程安全的，所有方法都被 synchronized 关键字修饰。
• null 键值： HashMap 允许键和值都为 null，而 HashTable 不允许键或值为 null，否则会抛出 NullPointerException。
• 性能： 由于 HashTable 的方法都是同步的，所以在单线程环境下性能通常比 HashMap 差。

2）HashSet 和 HashMap 的区别

• 存储方式： HashSet 是基于 HashMap 实现的，它只存储键而没有值，实际上是通过 HashMap 的键来存储元素的。
• 元素唯一性： HashSet 用于存储不重复的元素，即不允许重复元素存在；而 HashMap 存储键值对，键不能重复，但值可以重复。

3）HashMap 的实现原理

HashMap 是基于哈希表实现的，它的实现原理主要包括以下几点：

• 哈希函数： HashMap 使用哈希函数将键映射到哈希表的索引位置。这个哈希函数通常会将键的哈希码进行处理，以保证分布均匀，减少哈希冲突的概率。
• 数组 + 链表 / 红黑树： HashMap 内部维护了一个数组，每个数组元素称为桶（bucket）。当发生哈希冲突时，即多个键映射到同一个桶上时，HashMap 使用链表或者红黑树来存储具有相同哈希码的键值对。在 JDK 8 中，当链表长度超过一定阈值时，链表会转换为红黑树，以提高查找效率。
• 扩容与重新哈希： 当 HashMap 中的元素个数超过数组容量乘以负载因子时，就会触发扩容操作。扩容操作会创建一个新的更大的数组，并将所有键值对重新哈希到新的数组中，以保持性能稳定。
• 迭代顺序： HashMap 中的元素没有固定的顺序，迭代顺序由哈希桶的顺序和哈希碰撞解决方法决定，因此不能保证元素的顺序性。

4）HashMap 的扩容机制

HashMap 的扩容机制是在达到一定负载因子（Load Factor）时进行的，负载因子是指哈希表中的元素数量与桶的数量的比值。当负载因子超过阈值时，HashMap 会自动进行扩容操作。扩容过程包括以下几个步骤：

1. 创建一个新的两倍大小的数组。
2. 将原数组中的所有键值对重新计算哈希值，并根据新的数组大小重新分配到新的桶中。
3. 将原数组中的每个桶中的键值对转移到新数组中的对应位置。
4. 最后，将原数组引用指向新数组，完成扩容操作。

5）HashMap 扩容是 2 的 n 次方倍的原因

HashMap 扩容为 2 的 n 次方倍的大小有助于提高哈希表的性能和均匀性。当扩容因子为 2 的 n 次方倍时，通过与运算（&）可以实现快速定位元素的新位置，而不需要重新计算哈希值。这样可以提高扩容时的效率，减少元素重新分布的成本。同时，使用 2 的 n 次方倍的大小也可以保证桶的数量总是增加或减少一倍，使得哈希表的分布更加均匀。

6）HashMap 默认扩容负载因子为 0.75 的原因

HashMap 的默认扩容负载因子为 0.75 是一种折中考虑。较低的负载因子会导致哈希表频繁扩容，增加空间浪费和性能损耗；而较高的负载因子会导致哈希碰撞的概率增加，影响查找、插入和删除操作的性能。经过实验和分析，0.75 的负载因子被认为是一个比较合理的值，可以在空间利用率和性能之间取得较好的平衡。

7）设计一个 HashMap 的考虑因素

• 哈希函数设计： 设计一个好的哈希函数是 HashMap 的核心，它需要将键尽可能均匀地映射到哈希表的不同位置，以减少哈希冲突的概率。
• 解决哈希冲突： 考虑使用开放寻址法或链地址法等方式来解决哈希冲突，可以选择适合场景的冲突解决方法。
• 负载因子与扩容策略： 设计合适的负载因子和扩容策略，以平衡空间利用率和性能，并避免频繁的扩容操作。
• 线程安全性： 根据使用场景考虑是否需要支持线程安全的 HashMap，可以选择使用同步机制或者使用 ConcurrentHashMap 等线程安全的替代实现。
• 性能优化： 考虑如何优化 HashMap 的性能，包括优化哈希函数、优化扩容策略、优化冲突解决方法等。

8）JDK 1.8 对 HashMap 做红黑树改动的原因

JDK 1.8 对 HashMap 做红黑树改动的原因是为了解决在哈希碰撞严重时，链表过长导致的性能问题。通过将链表转换为红黑树，可以提高查找、插入和删除操作的性能，尤其是在元素数量较大、哈希冲突严重的情况下。

9）JDK 1.8 对 HashMap 的其他改动

除了引入红黑树以优化性能外，JDK 1.8 对 HashMap 还做了一些其他改动，包括：

• 优化了哈希函数： JDK 1.8 对哈希函数进行了优化，提高了哈希值的均匀性，减少了哈希碰撞的概率。
• 优化了扩容策略： JDK 1.8 对扩容策略进行了优化，使得扩容操作更加高效，减少了重新哈希的次数。
• 优化了迭代顺序： JDK 1.8 对 HashMap 的迭代顺序进行了优化，使得迭代时元素的顺序更加可预测和稳定。

10）LinkedHashMap 的了解

LinkedHashMap 是 Java 中的一个具有可预测迭代顺序的 Map 实现。它除了具备 HashMap 的功能外，还维护了一个双向链表来记录插入顺序或访问顺序，因此可以保证迭代顺序与插入顺序或访问顺序一致。LinkedHashMap 在需要有序遍历 Map 中的元素时非常有用，例如 LRU（Least Recently Used）缓存的实现。

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