Java集合类学习--HashMap（四）

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原创最新推荐文章于 2026-10-12 09:25:38 发布 304 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

java面试题29 牛客以下关于集合类ArrayList、LinkedList、HashMap描述 java面试题29 牛客以下关于集合类ArrayList、LinkedList、HashMap描述错误的是（） A HashMap实现Map接口，它允许任何类型的键和值对象，并允许将null用作键或值 B ArrayList和LinkedList均实现了List接口 C 添加和删除元素时，ArrayList的表现更佳 D ArrayList的访问速度比LinkedList快蒙... 阅读详情

思考

HashMap是线程安全的吗？如果多个线程操作同一个HashMap对象会产生哪些非正常现象？
HashMap 是线程不安全的。具体表现在如下两个方面：

1、线程 T1 执行 put / remove 等结构性修改（structural modification）的操作；线程 T2 执行遍历操作，这种情况下会抛出ConcurrentModificationException.

示例代码（以 put 为例）：

private static void test() {
  Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();

  Thread t1 = new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 5000; i++) {
      map.put(i, i);
    }
  });

  Thread t2 = new Thread(() -> {
    for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
      System.out.println(entry);
    }
  });

  t1.start();
  t2.start();
}
// 执行结果：
// 抛出 java.util.ConcurrentModificationException

原因是：

if (modCount != expectedModCount)
    throw new ConcurrentModificationException();

HashMap 的迭代器和集合视图中，都会对该值进行比较。目的是判断是否有其他线程正在对该 HashMap 进行结构性修改，若有则抛会出异常。
PS: 仔细阅读 HashMap 源码的话可以发现，结构性修改的方法中都会有如下一行代码：

++modCount;

该值就是用来记录结构性修改的次数。

2、线程 T1 和 T2 同时执行 put / remove 等结构性修改（structural modification）的操作。以 put 方法为例分析，会发生元素覆盖。

示例代码：

private static void test() throws InterruptedException {
  Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();

  Thread t1 = new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 5000; i++) {
      map.put(i, i);
    }
  });

  Thread t2 = new Thread(() -> {
    for (int i = 5000; i < 10000; i++) {
      map.put(i, i);
    }
  });

  t1.start();
  t2.start();

  TimeUnit.SECONDS.sleep(20);
  System.out.println(map);
  System.out.println("size: " + map.size());
}
// 输出结果：
// {8192=8192, 8193=8193, 8194=8194, 8195=8195, ...
// size: 9666
// PS: 这是某一次的结果，多次测试的具体结果可能不同，但基本都没有 size=10000 的情况。

这里问题出在 put 方法上，通过前文分析 HashMap 中 put 方法的内部实现原理可以找出原因，这里不再赘述。

这里再说一句，HashMap 的设计就是为了单线程下的高效率，了解线程不安全是为了加深对它的理解，知道在哪些情况不适合使用，若有线程安全的需求，可以考虑使用 ConcurrentHashMap。

链表和红黑树的转换阈值为什么是 8 和 6 ？
首先分析下为什么会有链表和红黑树。理想情况下，HashMap 中每个 bin 所在位置只有一个节点，这样查询效率最高，为 O(1)。而拉出一个链表、或者把链表再转为红黑树，是在散列冲突比较严重时的一种应对措施，目的是为了让 HashMap 在极端情况下仍然能够保持较高的效率。

至于为什么是 8，HashMap 的部分 Implementation notes 如下:

/* Because TreeNodes are about twice the size of regular nodes, we
 * use them only when bins contain enough nodes to warrant use
 * (see TREEIFY_THRESHOLD). And when they become too small (due to
 * removal or resizing) they are converted back to plain bins.  In
 * usages with well-distributed user hashCodes, tree bins are
 * rarely used.  Ideally, under random hashCodes, the frequency of
 * nodes in bins follows a Poisson distribution
 * (http://en.wikipedia.org/wiki/Poisson_distribution) with a
 * parameter of about 0.5 on average for the default resizing
 * threshold of 0.75, although with a large variance because of
 * resizing granularity. Ignoring variance, the expected
 * occurrences of list size k are (exp(-0.5) * pow(0.5, k) /
 * factorial(k)). The first values are:
 *
 * 0:    0.60653066
 * 1:    0.30326533
 * 2:    0.07581633
 * 3:    0.01263606
 * 4:    0.00157952
 * 5:    0.00015795
 * 6:    0.00001316
 * 7:    0.00000094
 * 8:    0.00000006
 * more: less than 1 in ten million
 */

由于 TreeNode 的大小是普通节点（Node）的两倍，因此只有当 bin 中包含足够多（即树化的阈值 TREEIFY_THRESHOLD）的节点时才会转为 TreeNode；而当 bin 中节点减少时（删除节点或扩容），又会把红黑树再转为链表。

hashCode 均匀分布时，TreeNode 用到的机会很小。理想情况下，在随机分布的 hashCode 下，bin 中节点的分布遵循泊松分布，并列出了几个数据，可以看到一个 bin 中链表长度达到 8 的概率（0.00000006）不足千万分之一，因此将转换的阈值设为 8.

至于将红黑树转为链表的阈值为 6，网上有说法是为了避免频繁转换。比如，若红黑树转为链表的阈值也是 8，如果一个 HashMap 不停地进行插入和删除元素，链表的个数一直在 8 左右，这种情况会频繁地进行树和链表的相互转换，效率很低。
为什么负载因子是 0.75？
可以参考https://www.jianshu.com/p/64f6de3ffcc1
为什么容量是 2 的次幂？
位运算 n & (length - 1) 和取余运算 n % length 效果是一样的。但是在计算机中，位运算的效率却远高于取余运算。因此，这样做是为了提高运算效率。
一般用什么类型的元素作为 Key？为什么？

面试者通常会回答，使用String或者Integer这样的类。这个时候可以继续追问为什么使用String、Integer呢？这些类有什么特点？如果面试者有很好的思考，可以回答出这些类是Immutable的，并且这些类已经很规范的覆写了hashCode()以及equals()方法。作为不可变类天生是线程安全的，而且可以很好的优化比如可以缓存hash值，避免重复计算等等，那么基本上这道题算是过关了。

一般用 String、Integer 等，它们是不可变的（Immutable），作为不可变类天生是线程安全的。而且重写了 hashCode 方法和 equals 方法。
衡量 hash 算法的好坏？String 类的 hashCode 实现？

hash 方法的设计可以有很多。虽然散列值越均匀越好，但 HashMap 首要目的是追求快，因此 hash 算法的设计要尽可能地快。String 类的 hashCode 方法如下：

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;
}