【面试】ConcurrentHashMap常见面试题（待完善）

0、考察范围

1、Java 的 HashMap 是如何实现的。按我的要求，候选人能够深入到内部算法实现，至少要把 HashMap 的内部数据结构实现和 get/put 算法给讲清楚。

2、能把装载因子（load factor）和再哈希（rehashing）給讲清楚。

3、延申：可以向 Java 集合框架方向延伸，也可以向 Java 多线程方向延伸，其中涉及的内容很多，例如 HashTable、ConcurrentHashMap，甚至 TreeMap、ConcurrentSkipList 和 ThreadLocal 等。HashMap 的基本原理并不难，但是延伸的内容如果没有实际动手实践过，你一般很难回答上来。

一、为什么有ConcurrentHashMap？

1、为什么会有ConcurrentHashMap?

HashMap线程不安全，HashTable效率低下。

追问1：为什么HashMap线程不安全？

1.7中transfer()链表使用头插法，多线程情况下，会成环；
1.8中putVal()若桶为空，多线程操作，值会出现覆盖情况。

追问2：为什么HashTable效率低下？

用synchronized锁住整个表来同步。线程竞争激烈时，一个线程访问HashTable同步方法，其他线程访问会处于阻塞或轮询状态。

二、ConcurrentHashMap是什么，具体操作内容？

1、1.8下ConcurrentHashMap 简单介绍？如何实现？（*6）

常见数据结构、put、get实现
1）sizeCtl 来控制了初始化、扩容大小，是否正在进行初始化和扩容
2）Node 继承至Entry，用于存储数据，是存储的基本单元，同时在基于Node的基础上，为了实现红黑树，扩展了TreeNode、TreeBin；TreeNode用于在红黑树存储数据，TreeBin封装了TreeNode，提供了读写锁；
3）get方法：计算hash值，如果定位到table本身，直接返回；如果不是，根据当前节点类型，分别按照链表和红黑树的方式去查找当前元素所在的位置
4）put方法：如果没有初始化，首先进行初始化；使用CAS无锁方式插入，如果发现需要扩容，首先进行扩容；如果存在hash冲突，需要挂在table节点下面，先将当前table节点加锁，链表按照尾插入方式进行插入，红黑树按照红黑树的结构进行插入，同时put在插入过程中，如果发现table里面的元素超过8个，就将链表改造成红黑树，并且还会进行元素个数的统计，并检查是否需要扩容；
5）扩容方法：1.8里面，为了提高效率，工作线程会进行并发扩容，同时为了避免多个线程有并发冲突，每个线程会进行步长的方式在节点之间来进行操作；

JDK 1.8 的 ConcurrentHashMap 是在 JDK 1.8 的 HashMap 上实现线程安全的。
存储结构采用 Node 数组 + 链表 + 红黑树 结构。省去了分段锁数组那一层，结构上与 HashMap 相同。
取消分段锁，通过 CAS + synchronized 来实现更细粒度的锁保护。这里的锁是指锁table的首个Node节点。在添加数据的时候，如果Node数组没有值的情况，则会使用CAS添加数据，CAS成功则添加成功，失败则进入锁代码块执行插入链表或红黑树或转红黑树操作。

2、ConcurrentHashMap中1.7和1.8的区别（*10）

JDK版本	1.7	1.8
底层实现	数组+链表	数组+链表 / 红黑树
数据结构	Segment 数组 + HashEntry 节点	Node 节点
锁	分段锁，默认并发是16，一旦初始化，Segment 数组大小就固定，后面不能扩容	Volatile+CAS + synchronized 来保证并发安全性（*4）
put 操作	先获取锁，根据 key 的 hash 值 定位到 Segment ，再根据 key 的 hash 值 找到具体的 HashEntry ，再进行插入或覆盖，最后释放锁	根据 key 的 hash 值 定位到 Node节点，再判断首节点是否为空，空的话通过 cas 去赋值首节点 ； 首节点非空的话，会用 synchronized 去锁住首节点，并判断是是同个首节点，是的话再去操作
释放锁	需要显示调用	unlock()不需要

追问1：1.8 做了什么优化？为什么这么做？( 2-2 ……)

3、ConcurrentHashMap的get()方法

1. 根据计算出来的 hashcode 寻址，如果就在桶上那么直接返回值。
2. 如果是红黑树那就按照树的方式获取值。
3. 就不满足那就按照链表的方式遍历获取值。
   

追问1：ConcurrentHashMap的get方法是否要加锁，为什么？

不要，Node的元素val和指针next是用volatile修饰的，在多线程环境下线程A修改因为hash冲突修改结点的val或者新增节点的时候是对线程B可见的。

4、ConcurrentHashMap的put()方法

1. 根据 key 计算出 hashcode 。
2. 判断是否需要进行初始化。
3. 即为当前 key 定位出的 Node，如果为空表示当前位置可以写入数据，利用 CAS 尝试写入，失败 则自旋保证成功。
4. 如果当前位置的 hashcode == MOVED == -1,则需要进行扩容。
5. 如果都不满足，则利用 synchronized 锁写入数据。
6. 如果数量大于 TREEIFY_THRESHOLD 则要转换为红黑树。

追问1：put()方法如何实现线程安全呢？……

追问2：Hashtable的 get、put 过程？

类似，只是没这么复杂，用synchronized修饰。

public synchronized V get(Object key) {
   
   
    Entry