## 集合详解之 Map + 面试题 集合有两个大接口：Collection 和 Map，本文重点来讲解集合中另一个常用的集合类型 Map。 以下是 Map 的继承关系图： ![11](https://images.gitbook.cn/e9786a20-e691-11e9-80c2-21d8cc9d922e) ### Map 简介 Map 常用的实现类如下： * **Hashtable** ：Java 早期提供的一个哈希表实现，它是线程安全的，不支持 null 键和值，因为它的性能不如 ConcurrentHashMap，所以很少被推荐使用。 * **HashMap** ：最常用的哈希表实现，如果程序中没有多线程的需求，HashMap 是一个很好的选择，支持 null 键和值，如果在多线程中可用 ConcurrentHashMap 替代。 * **TreeMap** ：基于红黑树的一种提供顺序访问的 Map，自身实现了 key 的自然排序，也可以指定 Comparator 来自定义排序。 * **LinkedHashMap** ：HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，可在遍历时保持与插入一样的顺序。 ### Map 常用方法 常用方法包括：put、remove、get、size 等，所有方法如下图： ![enter image description here](https://images.gitbook.cn/319c8410-ccc7-11e9-93b3-c35630e1847c) 使用示例，请参考以下代码： Map hashMap = new HashMap(); // 增加元素 hashMap.put("name", "老王"); hashMap.put("age", "30"); hashMap.put("sex", "你猜"); // 删除元素 hashMap.remove("age"); // 查找单个元素 System.out.println(hashMap.get("age")); // 循环所有的 key for (Object k : hashMap.keySet()) { System.out.println(k); } // 循环所有的值 for (Object v : hashMap.values()) { System.out.println(v); } 以上为 HashMap 的使用示例，其他类的使用也是类似。 ### HashMap 数据结构 HashMap 底层的数据是数组被成为哈希桶，每个桶存放的是链表，链表中的每个节点，就是 HashMap 中的每个元素。在 JDK 8 当链表长度大于等于 8 时，就会转成红黑树的数据结构，以提升查询和插入的效率。 HashMap 数据结构，如下图： ![enter image description here](https://images.gitbook.cn/54a52ca0-ccc7-11e9-b229-e35eb1d6e740) ### HashMap 重要方法 #### 1）添加方法：put(Object key, Object value) 执行流程如下： * 对 key 进行 hash 操作，计算存储 index； * 判断是否有哈希碰撞，如果没碰撞直接放到哈希桶里，如果有碰撞则以链表的形式存储； * 判断已有元素的类型，决定是追加树还是追加链表，当链表大于等于 8 时，把链表转换成红黑树； * 如果节点已经存在就替换旧值； * 判断是否超过阀值，如果超过就要扩容。 源码及说明： public V put(K key, V value) { // 对 key 进行 hash() return putVal(hash(key), key, value, false, true); } static final int hash(Object key) { int h; // 对 key 进行 hash() 的具体实现 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node[] tab; Node p; int n, i; // tab为空则创建 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 计算 index，并对 null 做处理 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node e; K k; // 节点存在 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 该链为树 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 该链为链表 else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } // 写入 if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // 超过load factor*current capacity，resize if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; } put() 执行流程图如下： ![enter image description here](https://images.gitbook.cn/727836f0-ccc7-11e9-a9bd-857608719494) #### 2）获取方法：get(Object key) 执行流程如下： * 首先比对首节点，如果首节点的 hash 值和 key 的 hash 值相同，并且首节点的键对象和 key 相同（地址相同或 equals 相等），则返回该节点； * 如果首节点比对不相同、那么看看是否存在下一个节点，如果存在的话，可以继续比对，如果不存在就意味着 key 没有匹配的键值对。 源码及说明： public V get(Object key) { Node e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value; } /** * 该方法是 Map.get 方法的具体实现 * 接收两个参数 * @param hash key 的 hash 值，根据 hash 值在节点数组中寻址，该 hash 值是通过 hash(key) 得到的 * @param key key 对象，当存在 hash 碰撞时，要逐个比对是否相等 * @return 查找到则返回键值对节点对象，否则返回 null */ final Node getNode(int hash, Object key) { Node[] tab; Node first, e; int n; K k; // 声明节点数组对象、链表的第一个节点对象、循环遍历时的当前节点对象、数组长度、节点的键对象 // 节点数组赋值、数组长度赋值、通过位运算得到求模结果确定链表的首节点 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && // 首先比对首节点，如果首节点的 hash 值和 key 的 hash 值相同，并且首节点的键对象和 key 相同（地址相同或 equals 相等），则返回该节点 ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 返回首节点 // 如果首节点比对不相同、那么看看是否存在下一个节点，如果存在的话，可以继续比对，如果不存在就意味着 key 没有匹配的键值对 if ((e = first.next) != null) { // 如果存在下一个节点 e，那么先看看这个首节点是否是个树节点 if (first instanceof TreeNode) // 如果是首节点是树节点，那么遍历树来查找 return ((TreeNode)first).getTreeNode(hash, key); // 如果首节点不是树节点，就说明还是个普通的链表，那么逐个遍历比对即可 do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 比对时还是先看 hash 值是否相同、再看地址或 equals return e; // 如果当前节点e的键对象和key相同，那么返回 e } while ((e = e.next) != null); // 看看是否还有下一个节点，如果有，继续下一轮比对，否则跳出循环 } } return null; // 在比对完了应该比对的树节点 或者全部的链表节点 都没能匹配到 key，那么就返回 null ### 相关面试题 #### 1.Map 常见实现类有哪些？ 答：Map 的常见实现类如下列表： * Hashtable：Java 早期提供的一个哈希表实现，它是线程安全的，不支持 null 键和值，因为它的性能不如 ConcurrentHashMap，所以很少被推荐使用； * HashMap：最常用的哈希表实现，如果程序中没有多线程的需求，HashMap 是一个很好的选择，支持 null 键和值，如果在多线程中可用 ConcurrentHashMap 替代； * TreeMap：基于红黑树的一种提供顺序访问的 Map，自身实现了 key 的自然排序，也可以指定的 Comparator 来自定义排序； * LinkedHashMap：HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，可在遍历时保持与插入一样的顺序。 #### 2.使用 HashMap 可能会遇到什么问题？如何避免？ 答：HashMap 在并发场景中可能出现死循环的问题，这是因为 HashMap 在扩容的时候会对链表进行一次倒序处理，假设两个线程同时执行扩容操作，第一个线程正在执行 B→A 的时候，第二个线程又执行了 A→B ，这个时候就会出现 B→A→B 的问题，造成死循环。 解决的方法：升级 JDK 版本，在 JDK 8 之后扩容不会再进行倒序，因此死循环的问题得到了极大的改善，但这不是终极的方案，因为 HashMap 本来就不是用在多线程版本下的，如果是多线程可使用 ConcurrentHashMap 替代 HashMap。 #### 3.以下说法正确的是？ A：Hashtable 和 HashMap 都是非线程安全的 B：ConcurrentHashMap 允许 null 作为 key C：HashMap 允许 null 作为 key D：Hashtable 允许 null 作为 key 答：C 题目解析：Hashtable 是线程安全的，ConcurrentHashMap 和 Hashtable 是不允许 null 作为键和值的。 #### 4.TreeMap 怎么实现根据 value 值倒序？ 答：使用 `Collections.sort(list, new Comparator>()` 自定义比较器实现，先把 TreeMap 转换为 ArrayList，在使用 Collections.sort() 根据 value 进行倒序，完整的实现代码如下。 TreeMap treeMap = new TreeMap(); treeMap.put("dog", "dog"); treeMap.put("camel", "camel"); treeMap.put("cat", "cat"); treeMap.put("ant", "ant"); // map.entrySet() 转成 List List> list = new ArrayList<>(treeMap.entrySet()); // 通过比较器实现比较排序 Collections.sort(list, new Comparator>() { public int compare(Map.Entry m1, Map.Entry m2) { return m2.getValue().compareTo(m1.getValue()); } }); // 打印结果 for (Map.Entry item : list) { System.out.println(item.getKey() + ":" + item.getValue()); } 程序执行结果： dog:dog cat:cat camel:camel ant:ant #### 5.以下哪个 Set 实现了自动排序？ A：LinedHashSet B：HashSet C：TreeSet D：AbstractSet 答：C #### 6.以下程序运行的结果是什么？ Hashtable hashtable = new Hashtable(); hashtable.put("table", null); System.out.println(hashtable.get("table")); 答：程序执行报错：java.lang.NullPointerException。Hashtable 不允许 null 键和值。 #### 7.HashMap 有哪些重要的参数？用途分别是什么？ 答：HashMap 有两个重要的参数：容量（Capacity）和负载因子（LoadFactor）。 * 容量（Capacity）：是指 HashMap 中桶的数量，默认的初始值为 16。 * 负载因子（LoadFactor）：也被称为装载因子，LoadFactor 是用来判定 HashMap 是否扩容的依据，默认值为 0.75f，装载因子的计算公式 = HashMap 存放的 KV 总和（size）/ Capacity。 #### 8.HashMap 和 Hashtable 有什么区别？ 答：HashMap 和 Hashtable 区别如下： * Hashtable 使用了 synchronized 关键字来保障线程安全，而 HashMap 是非线程安全的； * HashMap 允许 K/V 都为 null，而 Hashtable K/V 都不允许 null； * HashMap 继承自 AbstractMap 类；而 Hashtable 继承自 Dictionary 类。 #### 9.什么是哈希冲突？ 答：当输入两个不同值，根据同一散列函数计算出相同的散列值的现象，我们就把它叫做碰撞（哈希碰撞）。 #### 10.有哪些方法可以解决哈希冲突？ 答：哈希冲突的常用解决方案有以下 4 种。 * 开放定址法：当关键字的哈希地址 p=H（key）出现冲突时，以 p 为基础，产生另一个哈希地址 p1，如果 p1 仍然冲突，再以 p 为基础，产生另一个哈希地址 p2，循环此过程直到找出一个不冲突的哈希地址，将相应元素存入其中。 * 再哈希法：这种方法是同时构造多个不同的哈希函数，当哈希地址 Hi=RH1（key）发生冲突时，再计算 Hi=RH2（key），循环此过程直到找到一个不冲突的哈希地址，这种方法唯一的缺点就是增加了计算时间。 * 链地址法：这种方法的基本思想是将所有哈希地址为 i 的元素构成一个称为同义词链的单链表，并将单链表的头指针存在哈希表的第 i 个单元中，因而查找、插入和删除主要在同义词链中进行。链地址法适用于经常进行插入和删除的情况。 * 建立公共溢出区：将哈希表分为基本表和溢出表两部分，凡是和基本表发生冲突的元素，一律填入溢出表。 #### 11.HashMap 使用哪种方法来解决哈希冲突（哈希碰撞）？ 答：HashMap 使用链表和红黑树来解决哈希冲突，详见本文 put() 方法的执行过程。 #### 12.HashMap 的扩容为什么是 2^n ？ 答：这样做的目的是为了让散列更加均匀，从而减少哈希碰撞，以提供代码的执行效率。 #### 13.有哈希冲突的情况下 HashMap 如何取值？ 答：如果有哈希冲突，HashMap 会循环链表中的每项 key 进行 equals 对比，返回对应的元素。相关源码如下： do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 比对时还是先看 hash 值是否相同、再看地址或 equals return e; // 如果当前节点 e 的键对象和 key 相同，那么返回 e } while ((e = e.next) != null); // 看看是否还有下一个节点，如果有，继续下一轮比对，否则跳出循环 #### 14.以下程序会输出什么结果？ class Person { private Integer age; public boolean equals(Object o) { if (o == null || !(o instanceof Person)) { return false; } else { return this.getAge().equals(((Person) o).getAge()); } } public int hashCode() { return age.hashCode(); } public Person(int age) { this.age = age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public Integer getAge() { return age; } public static void main(String[] args) { HashMap hashMap = new HashMap<>(); Person person = new Person(18); hashMap.put(person, 1); System.out.println(hashMap.get(new Person(18))); } } 答：1 题目解析：因为 Person 重写了 equals 和 hashCode 方法，所有 person 对象和 new Person(18) 的键值相同，所以结果就是 1。 #### 15.为什么重写 equals() 时一定要重写 hashCode()？ 答：因为 Java 规定，如果两个对象 equals 比较相等（结果为 true），那么调用 hashCode 也必须相等。如果重写了 equals() 但没有重写 hashCode()，就会与规定相违背，比如以下代码（故意注释掉 hashCode 方法）： class Person { private Integer age; public boolean equals(Object o) { if (o == null || !(o instanceof Person)) { return false; } else { return this.getAge().equals(((Person) o).getAge()); } } // public int hashCode() { // return age.hashCode(); // } public Person(int age) { this.age = age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public Integer getAge() { return age; } public static void main(String[] args) { Person p1 = new Person(18); Person p2 = new Person(18); System.out.println(p1.equals(p2)); System.out.println(p1.hashCode() + " : " + p2.hashCode()); } } 执行的结果： true 21685669 : 2133927002 如果重写 hashCode() 之后，执行的结果是： true 18 : 18 这样就符合了 Java 的规定，因此重写 equals() 时一定要重写 hashCode()。 #### 16.HashMap 在 JDK 7 多线程中使用会导致什么问题？ 答：HashMap 在 JDK 7 中会导致死循环的问题。因为在 JDK 7 中，多线程进行 HashMap 扩容时会导致链表的循环引用，这个时候使用 get() 获取元素时就会导致死循环，造成 CPU 100% 的情况。 #### 17.HashMap 在 JDK 7 和 JDK 8 中有哪些不同？ 答：HashMap 在 JDK 7 和 JDK 8 的主要区别如下。 * 存储结构：JDK 7 使用的是数组 + 链表；JDK 8 使用的是数组 + 链表 + 红黑树。 * 存放数据的规则：JDK 7 无冲突时，存放数组；冲突时，存放链表；JDK 8 在没有冲突的情况下直接存放数组，有冲突时，当链表长度小于 8 时，存放在单链表结构中，当链表长度大于 8 时，树化并存放至红黑树的数据结构中。 * 插入数据方式：JDK 7 使用的是头插法（先将原位置的数据移到后 1 位，再插入数据到该位置）；JDK 8 使用的是尾插法（直接插入到链表尾部/红黑树）。 ### 总结 通过本文可以了解到： * Map 的常用实现类 Hashtable 是 Java 早期的线程安全的哈希表实现； * HashMap 是最常用的哈希表实现，但它是非线程安全的，可使用 ConcurrentHashMap 替代； * TreeMap 是基于红黑树的一种提供顺序访问的哈希表实现； * LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，可在遍历时保持与插入一样的顺序。 HashMap 在 JDK 7 可能在扩容时会导致链表的循环引用而造成 CPU 100%，HashMap 在 JDK 8 时数据结构变更为：数组 + 链表 + 红黑树的存储方式，在没有冲突的情况下直接存放数组，有冲突，当链表长度小于 8 时，存放在单链表结构中，当链表长度大于 8 时，树化并存放至红黑树的数据结构中。 > [点击此处下载本文源码](https://github.com/vipstone/java- interview/tree/master/interview-code/src/main/java/com/interview) ## 更多资源下载交流请加微信：Morstrong,加入永久会员,网盘更新更快捷！ # 本资源由微信公众号：光明顶一号，提供支持