前言

如果你多面试几家公司你就会发现，不论是小公司还是互联网大厂，几乎都会提到 hashmap！

为什么 Java 中小小的一个 HashMap，值得在面试中被反复提到？

很显然，因为 HashMap 真的很重要！

大家回看一下自己的业务代码，是不是都有在使用 HashMap ？即使你真的没有直接使用，但是你使用的一些中间件，或者一些开源框架，这些代码肯定使用 HashMap 完成相关逻辑。

而 HashMap 包含很多核心知识点，从这些知识点可以考察出一个面试者基本知识掌握情况。其实就算没有面试，我们也应该或多乎或少去了解 一下 HashMap 基本实现原理。因为如果使用 HashMap 不当，很容易写出一连串 Bug，而且可能还不容易排查。

而面试官问来问去也逃不过以下几点：

• 底层数据结构

• Hash 算法

• 寻址算法

• 扩容

• 多线程并发

所以我们今天就从这几个方面来总结一下 HashMap 面试必问的六个点，希望对你的面试有帮助，相关的学习资料可以点击下方链接进群免费领取。

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HashMap 面试必问的六大块

一、HashMap 的实现原理?

此题可以组成如下连环炮来问

• 你看过 HashMap 源码嘛，知道原理嘛?

• 为什么用数组+链表？

• hash 冲突你还知道哪些解决办法？

• 我用 LinkedList 代替数组结构可以么?

• 既然是可以的,为什么 HashMap 不用 LinkedList,而选用数组?

1.你看过 HashMap 源码嘛，知道原理嘛?

针对这个问题，嗯，当然是必须看过 HashMap 源码。至于原理，下面那张图很清楚了:

HashMap 采用 Entry 数组来存储 key-value 对，每一个键值对组成了一个 Entry 实体，Entry 类实际上是一个单向的链表结构，它具有 Next 指针，可以连接下一个 Entry 实体。

只是在 JDK1.8 中，链表长度大于 8 的时候，链表会转成红黑树！

2.为什么用数组+链表？

数组是用来确定桶的位置，利用元素的 key 的 hash 值对数组长度取模得到.

链表是用来解决 hash 冲突问题，当出现 hash 值一样的情形，就在数组上的对应位置形成一条链表。ps:这里的 hash 值并不是指 hashcode，而是将 hashcode 高低十六位异或过的。至于为什么要这么做，继续往下看。

3.hash 冲突你还知道哪些解决办法？

比较出名的有四种(1)开放定址法(2)链地址法(3)再哈希法(4)公共溢出区域法

ps:大家有兴趣拓展的，自己去搜一下就懂了，这个就不拓展了！

4.我用 LinkedList 代替数组结构可以么?

这里我稍微说明一下，此题的意思是，源码中是这样的

Entry[] table = new Entry[capacity];

ps：Entry 就是一个链表节点。

那我用下面这样表示

List<Entry> table = new LinkedList<Entry>();  

是否可行?

答案很明显，必须是可以的。

5.既然是可以的,为什么 HashMap 不用 LinkedList,而选用数组?

因为用数组效率最高！

在 HashMap 中，定位桶的位置是利用元素的 key 的哈希值对数组长度取模得到。此时，我们已得到桶的位置。显然数组的查找效率比 LinkedList 大。

那 ArrayList，底层也是数组，查找也快啊，为啥不用 ArrayList?

(北游写到这里的时候，不禁觉得自己真有想法，自己把自己问死了，还好我灵机一动想出了答案)

因为采用基本数组结构，扩容机制可以自己定义，HashMap 中数组扩容刚好是 2 的次幂，在做取模运算的效率高。

而 ArrayList 的扩容机制是 1.5 倍扩容，那 ArrayList 为什么是 1.5 倍扩容这就不在本文说明了。

二、HashMap 在什么条件下扩容?

此题可以组成如下连环炮来问

• HashMap 在什么条件下扩容?

• 为什么扩容是 2 的 n 次幂?

• 为什么为什么要先高 16 位异或低 16 位再取模运算?

1.HashMap 在什么条件下扩容?

如果 bucket 满了(超过 load factor*current capacity)，就要 resize。

load factor 为 0.75，为了最大程度避免哈希冲突

current capacity 为当前数组大小。

2.为什么扩容是 2 的次幂?

HashMap 为了存取高效，要尽量较少碰撞，就是要尽量把数据分配均匀，每个链表长度大致相同，这个实现就在把数据存到哪个链表中的算法；这个算法实际就是取模，hash%length。

但是，大家都知道这种运算不如位移运算快。

因此，源码中做了优化 hash&(length-1)。

也就是说 hash%length==hash&(length-1)

那为什么是 2 的 n 次方呢？

因为 2 的 n 次方实际就是 1 后面 n 个 0，2 的 n 次方-1，实际就是 n 个 1。

例如长度为 8 时候，3&(8-1)=3 2&(8-1)=2 ，不同位置上，不碰撞。

而长度为 5 的时候，3&(5-1)=0 2&(5-1)=0，都在 0 上，出现碰撞了。

所以，保证容积是 2 的 n 次方，是为了保证在做(length-1)的时候，每一位都能 &1 ，也就是和 1111……1111111 进行与运算。

3.为什么为什么要先高 16 位异或低 16 位再取模运算?

我先晒一下，jdk1.8 里的 hash 方法。1.7 的比较复杂，咱就不看了。

hashmap 这么做，只是为了降低 hash 冲突的几率。

打个比方，当我们的 length 为 16 的时候，哈希码(字符串“abcabcabcabcabc”的 key 对应的哈希码)对(16-1)与操作，对于多个 key 生成的 hashCode，只要哈希码的后 4 位为 0，不论不论高位怎么变化，最终的结果均为 0。

如下图所示

而加上高 16 位异或低 16 位的“扰动函数”后，结果如下

可以看到: 扰动函数优化前：1954974080 % 16 = 1954974080 & (16 - 1) = 0 扰动函数优化后：1955003654 % 16 = 1955003654 & (16 - 1) = 6 很显然，减少了碰撞的几率。

三、讲讲 hashmap 的 get/put 的过程?

此题可以组成如下连环炮来问

• 知道 hashmap 中 put 元素的过程是什么样么?

• 知道 hashmap 中 get 元素的过程是什么样么？

• 你还知道哪些 hash 算法？

• 说说 String 中 hashcode 的实现?(此题很多大厂问过)

1.知道 hashmap 中 put 元素的过程是什么样么?

对 key 的 hashCode()做 hash 运算，计算 index;

如果没碰撞直接放到 bucket 里；

如果碰撞了，以链表的形式存在 buckets 后；

如果碰撞导致链表过长(大于等于 TREEIFY_THRESHOLD)，就把链表转换成红黑树(JDK1.8 中的改动)；

如果节点已经存在就替换 old value(保证 key 的唯一性)

如果 bucket 满了(超过 load factor*current capacity)，就要 resize。

2.知道 hashmap 中 get 元素的过程是什么样么?

对 key 的 hashCode()做 hash 运算，计算 index;

如果在 bucket 里的第一个节点里直接命中，则直接返回；

如果有冲突，则通过 key.equals(k)去查找对应的 Entry;

• 若为树，则在树中通过 key.equals(k)查找，O(logn)；

• 若为链表，则在链表中通过 key.equals(k)查找，O(n)。

3.你还知道哪些 hash 算法？

先说一下 hash 算法干嘛的，Hash 函数是指把一个大范围映射到一个小范围。把大范围映射到一个小范围的目的往往是为了节省空间，使得数据容易保存。

比较出名的有 MurmurHash、MD4、MD5 等等

4.说说 String 中 hashcode 的实现?(此题频率很高)

public int hashCode() {    int h = hash;    if (h == 0 && value.length > 0) {        char val[] = value;        for (int i = 0; i < value.length; i++) {            h = 31 * h + val[i];        }        hash = h;    }    return h;}

String 类中的 hashCode 计算方法还是比较简单的，就是以 31 为权，每一位为字符的 ASCII 值进行运算，用自然溢出来等效取模。

哈希计算公式可以计为 s[0]31^(n-1) + s[1]31^(n-2) + … + s[n-1]

那为什么以 31 为质数呢?

主要是因为 31 是一个奇质数，所以 31i=32i-i=(i<<5)-i，这种位移与减法结合的计算相比一般的运算快很多。

四、为什么 hashmap 的在链表元素数量超过 8 时改为红黑树?

此题可以组成如下连环炮来问

• 知道 jdk1.8 中 hashmap 改了啥么?

• 为什么在解决 hash 冲突的时候，不直接用红黑树?而选择先用链表，再转红黑树?

• 我不用红黑树，用二叉查找树可以么?

• 那为什么阀值是 8 呢?

• 当链表转为红黑树后，什么时候退化为链表?

1.知道 jdk1.8 中 hashmap 改了啥么?

• 由数组+链表的结构改为数组+链表+红黑树。

• 优化了高位运算的 hash 算法：h^(h>>>16)

• 扩容后，元素要么是在原位置，要么是在原位置再移动 2 次幂的位置，且链表顺序不变。

最后一条是重点，因为最后一条的变动，hashmap 在 1.8 中，不会在出现死循环问题。

2.为什么在解决 hash 冲突的时候，不直接用红黑树?而选择先用链表，再转红黑树?

因为红黑树需要进行左旋，右旋，变色这些操作来保持平衡，而单链表不需要。

当元素小于 8 个当时候，此时做查询操作，链表结构已经能保证查询性能。当元素大于 8 个的时候，此时需要红黑树来加快查询速度，但是新增节点的效率变慢了。

因此，如果一开始就用红黑树结构，元素太少，新增效率又比较慢，无疑这是浪费性能的。

3.我不用红黑树，用二叉查找树可以么?

可以。但是二叉查找树在特殊情况下会变成一条线性结构（这就跟原来使用链表结构一样了，造成很深的问题），遍历查找会非常慢。

4.那为什么阀值是 8 呢?

不知道，等 jdk 作者来回答。

这道题，网上能找到的答案都是扯淡。

我随便贴一个牛客网的答案，如下图所示

看出 bug 没？交点是 6.64？交点分明是 4，好么。

log4=2，4/2=2。

jdk 作者选择 8，一定经过了严格的运算，觉得在长度为 8 的时候，与其保证链表结构的查找开销，不如转换为红黑树，改为维持其平衡开销。

5.当链表转为红黑树后，什么时候退化为链表?

为 6 的时候退转为链表。中间有个差值 7 可以防止链表和树之间频繁的转换。假设一下，如果设计成链表个数超过 8 则链表转换成树结构，链表个数小于 8 则树结构转换成链表，如果一个 HashMap 不停的插入、删除元素，链表个数在 8 左右徘徊，就会频繁的发生树转链表、链表转树，效率会很低。

五、HashMap 的并发问题?

此题可以组成如下连环炮来问

• HashMap 在并发编程环境下有什么问题啊?

• 在 jdk1.8 中还有这些问题么?

• 你一般怎么解决这些问题的？

HashMap 在并发编程环境下有什么问题啊?

• (1)多线程扩容，引起的死循环问题

• (2)多线程 put 的时候可能导致元素丢失

• (3)put 非 null 元素后 get 出来的却是 null

在 jdk1.8 中还有这些问题么?

在 jdk1.8 中，死循环问题已经解决。其他两个问题还是存在。

你一般怎么解决这些问题的？

比如 ConcurrentHashmap，Hashtable 等线程安全等集合类。

六、你一般用什么作为 HashMap 的 key?

此题可以组成如下连环炮来问

• 健可以为 Null 值么?

• 你一般用什么作为 HashMap 的 key?

• 我用可变类当 HashMap 的 key 有什么问题?

• 如果让你实现一个自定义的 class 作为 HashMap 的 key 该如何实现？

1.健可以为 Null 值么?

必须可以，key 为 null 的时候，hash 算法最后的值以 0 来计算，也就是放在数组的第一个位置。

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2.你一般用什么作为 HashMap 的 key?

一般用 Integer、String 这种不可变类当 HashMap 当 key，而且 String 最为常用。

• (1)因为字符串是不可变的，所以在它创建的时候 hashcode 就被缓存了，不需要重新计算。这就使得字符串很适合作为 Map 中的键，字符串的处理速度要快过其它的键对象。这就是 HashMap 中的键往往都使用字符串。

• (2)因为获取对象的时候要用到 equals()和 hashCode()方法，那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的,这些类已经很规范的覆写了 hashCode()以及 equals()方法。

3.我用可变类当 HashMap 的 key 有什么问题?

hashcode 可能发生改变，导致 put 进去的值，无法 get 出，如下所示

HashMap<List<String>, Object> changeMap = new HashMap<>();List<String> list = new ArrayList<>();list.add("hello");Object objectValue = new Object();changeMap.put(list, objectValue);System.out.println(changeMap.get(list));list.add("hello world");//hashcode发生了改变System.out.println(changeMap.get(list));

输出值如下

java.lang.Object@74a14482null

4.如果让你实现一个自定义的 class 作为 HashMap 的 key 该如何实现？

此题考察两个知识点

• 重写 hashcode 和 equals 方法注意什么?

• 如何设计一个不变类

针对问题一，记住下面四个原则即可

(1)两个对象相等，hashcode 一定相等

(2)两个对象不等，hashcode 不一定不等

(3)hashcode 相等，两个对象不一定相等

(4)hashcode 不等，两个对象一定不等

针对问题二，记住如何写一个不可变类

(1)类添加 final 修饰符，保证类不被继承。

如果类可以被继承会破坏类的不可变性机制，只要继承类覆盖父类的方法并且继承类可以改变成员变量值，那么一旦子类以父类的形式出现时，不能保证当前类是否可变。

(2)保证所有成员变量必须私有，并且加上 final 修饰

通过这种方式保证成员变量不可改变。但只做到这一步还不够，因为如果是对象成员变量有可能再外部改变其值。所以第 4 点弥补这个不足。

(3)不提供改变成员变量的方法，包括 setter

避免通过其他接口改变成员变量的值，破坏不可变特性。

(4)通过构造器初始化所有成员，进行深拷贝(deep copy)

如果构造器传入的对象直接赋值给成员变量，还是可以通过对传入对象的修改进而导致改变内部变量的值。例如：

public final class ImmutableDemo {      private final int[] myArray;      public ImmutableDemo(int[] array) {          this.myArray = array; // wrong      }  }

这种方式不能保证不可变性，myArray 和 array 指向同一块内存地址，用户可以在 ImmutableDemo 之外通过修改 array 对象的值来改变 myArray 内部的值。

为了保证内部的值不被修改，可以采用深度 copy 来创建一个新内存保存传入的值。正确做法：

public final class MyImmutableDemo {      private final int[] myArray;      public MyImmutableDemo(int[] array) {          this.myArray = array.clone();       }   }

(5)在 getter 方法中，不要直接返回对象本身，而是克隆对象，并返回对象的拷贝

这种做法也是防止对象外泄，防止通过 getter 获得内部可变成员对象后对成员变量直接操作，导致成员变量发生改变。

写到这里就差不多了，文章有点长，能看到这里的想必也不多，但是如果看到这里了还不给我点个赞加个关注可是有点说不过去哦！

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