Java集合面试题（二）

前言

本篇面试题主要展示JDK1.8+ HashMap常见的面试题。

1、HashMap的数据结构

1）JDK1.7：数组+链表

2）JDK1.8+：数组+链表+红黑树，后续主要是针对JDK1.8+的HashMap进行解析，如下图：

2、HashMap的key(键)可以使用对象吗

HashMap的key可以使用对象，K和V是泛型，因此可以使用任意类型。

需要注意的是，使用对象作为key时需要重写equals和hashCode方法，避免因hashCode的值导致出现问题。下图为HashMap类的源码图：

3、HashMap在JDK1.8的变化

1）如果某个链表的长度>=8，并且数组容量>= 64，那么链表将转换为红黑树（数组容量<64，不会转成红黑树，只会扩容）。

2）发生hash碰撞时，JDK1.7会在链表的头部插入，JDK1.8会在链表的尾部插入。

3）Node类代替Entry类。

4、HashMap为什么要引入红黑树

当HashMap整体的容量过时key的冲突率会变高，此时链表的查找性能会降低，因此引入红黑树是为了优化HashMap的查询性能。

5、HashMap为什么不引入AVL树

1）红黑树插入和删除的性能相对更好

对数据频繁的插入和删除操作中，红黑树的平衡调整次数较少，能够更快地完成旋转操作。

在查询比较频繁的操作中，AVL树的查询性能更好，因为AVL树是更加严格的平衡树，所以查询时需要比较的次数更少。

2）红黑树实现相对简单

红黑树由于不需要维护节点的平衡因子，加上代码实现也相对简洁，因此相对AVL树，红黑树更加简单。

3）红黑树占用空间更少

由于AVL树需要维护节点的平衡因子，高度差比较小，导致相对红黑树来说更加占用空间。

6、HashMap为什么要链表长度到8才转红黑树

1）问题一：JDK1.8的HashMap，为什么链表的长度达到8的时候才会转红黑树？

因为在理想情况下，链表长度符合泊松分布，长度很难达到8，树节点使用较少。

2）问题二：为什么是8而不是其他数字？

8是根据概率统计而选择，链表长度为8的概率仅为0.00000006，这是一个小于千万分之一的概率，此时链表的性能已经很差了。

因此在这种比较罕见的情况下，为了查询的性能，HashMap才会将链表转成红黑树，链表转红黑树需要时间和空间。

如下是HashMap源码的解释

7、HashMap为什么不直接使用红黑树

1）树节点所占用的空间是普通节点的2倍，当普通节点足够多的时候才会使用树节点。

2）链表一开始的节点比较少，占用空间也少，查询性能相对也好，当链表越来越长且查询性能下降，为了保证查询效率，才会将链表转成红黑树，以空间换时间。

3）另外，链表很长的情况比较少见，如果一开始就使用红黑树，会导致空间占用相对过大，适得其反。

8、简述HashMap的put()方法逻辑

大致流程如下：

1）调用putVal方法将键值对插入到HashMap。

2）计算键的hash值，如果键为null，则hash值为0。

3）根据hash值找到键值对应的位置，如果HashMap的tab数组为空或长度为0，则需要进行初始化

4）如果该位置已经存在数据，则需要进行链表或红黑树的插入操作。

5）如果存在相同的键（key），则直接用新的值（value）替换旧的值。

6）插入成功，增加modCount和size，如果size超过了阀值，则需要进行扩容。

HashMap的put()方法部分源码与相应的注释如下：

public V put(K key, V value) {
	// 1）调用putVal方法将键值对插入到HashMap
	return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

// 2）计算键的hash值，如果键为null，则hash值为0
static final int hash(Object key) {
	int h;
	return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

// 具体将键值对插入HashMap的主要逻辑
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
	Node<K,V>[] tab; 
	Node<K,V> p; 
	int n, i;
	
	// 3）根据hash值找到键值对应的位置，如果HashMap的tab数组为空或长度为0，则需要进行初始化
	if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
		n = (tab = resize()).length;
	// 计算键值对在tab数组的位置，如果该位置没有数据，则直接插入
	if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
		tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
	// 4）如果该位置已经存在数据，则需要进行链表或红黑树的插入操作	
	else {
		Node<K,V> e; 
		K k;
		
		// 如果该位置已经存在相同的键（key），则直接用新的值（value）替换旧的值
		if (p.hash == hash 
            && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
			e = p;
		// 如果该位置存在TreeNode节点，则将键值对插入红黑树	
		else if (p instanceof TreeNode)
			e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
		// 如果该位置存在链表，则遍历链表找到合适的位置插入键值对	
		else {
			for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
				if ((e = p.next) == null) {
					p.next = newNode(hash, key, value, null);
					// 如果链表长度超过阀值（8），则将链表转成红黑树
					if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
						treeifyBin(tab, hash);
					break;
				}
				if (e.hash == hash 
                    && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
					break;
				p = e;
			}
		}
		// 5）如果存在相同的键（key），则直接用新的值（value）替换旧的值
		if (e != null) {
			V oldValue = e.value;
			if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
				e.value = value;
			afterNodeAccess(e);
			return oldValue;
		}
	}
	
	// 6）插入成功，增加modCount和size，如果size超过了阀值，则需要进行扩容
	++modCount;
	if (++size > threshold)
		resize();
	afterNodeInsertion(evict);
	return null;
}

9、简述HashMap的get()方法逻辑

大致流程如下：

1）调用getNode方法查找指定键（key）的节点并返回值（value）。

2）根据hash值和键找到对应的节点。

3）如果tab数组为空或不存在要查找的键，就返回null。

HashMap的get()方法部分源码与相应的注释如下：

public V get(Object key) {
	Node<K,V> e;
	// 1）调用getNode方法查找指定键（key）的节点并返回值（value）
	return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
	Node<K,V>[] tab; 
	Node<K,V> first, e; 
	int n; 
	K k;
	
	// 2）根据hash值和键找到对应的节点
	// 如果tab数组不为null，则从tab数组中的对应位置开始查找
	if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
		(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
		// 如果第一个节点就是要查找的节点则直接返回
		if (first.hash == hash &&
			((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
			return first;
		// 	如果第一个节点不是要查找的节点，则从链表或红黑树中查找
		if ((e = first.next) != null) {
			if (first instanceof TreeNode)
				return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
			do {
				if (e.hash == hash &&
					((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
					return e;
			} while ((e = e.next) != null);
		}
	}
	// 3）如果tab数组为空或不存在要查找的键，就返回null
	return null;
}