Java基础简历4

最新推荐文章于 2025-10-09 09:08:41 发布

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Java中HashMap底层实现原理(JDK1.8)源码分析

在JDK1.6，JDK1.7中，HashMap采用位桶+链表实现，即使用链表处理冲突，同一hash值的链表都存储在一个链表里。但是当位于一个桶中元素较多，即hash值相等的元素较多时，通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中，HashMap采用位桶+链表+红黑树实现，当链表长度超过阈值（8）时，将链表转换为红黑树，这样大大减少了查找时间。

HashMap实现原理：

通过hash的方法，通过put和get存储和获取对象。存储对象时，我们将k/v传给put方法时，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，进一步存储，HashMap会根据当前bucket的占用情况自动调整容量(超过Load Facotr则resize为原来的2倍)。获取对象时，我们将k传给get，它调用hashCode计算hash从而得到bucket位置，并进一步调用equals()方法确定键值对。如果发生碰撞，hashmap通过链表将产生碰撞冲突的元素组织起来，在Java8中，如果一个bucket中碰撞的元素超过某个限制（默认是8），则使用红黑树替换链表，从而提高速度。

3. 你知道get和put的原理吗？equals()和hashCode()的都有什么作用？
通过对key的hashCode()进行hashing，并计算下标( n-1 & hash)，从而获得buckets的位置。如果产生碰撞，则利用key.equals()方法去链表或树中去查找对应的节点

4. 你知道hash的实现吗？为什么要这样实现？
在Java 1.8的实现中，是通过hashCode()的高16位异或低16位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是从速度、功效、质量来考虑的，这么做可以在bucket的n比较小的时候，也能保证考虑到高低bit都参与到hash的计算中，同时不会有太大的开销。

5. 如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
如果超过了负载因子(默认0.75)，则会重新resize一个原来长度两倍的HashMap，并且重新调用hash方法。

3. put函数的实现

put函数大致的思路为：

对key的hashCode()做hash，然后再计算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；

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。4. get函数的实现

在理解了put之后，get就很简单了。大致思路如下：

bucket里的第一个节点，直接命中；

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)。

效率低下的HashTable：HashTable容器使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低。因为当一个线程访问HashTable的同步方法时，会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行元素添加，线程 2不但不能进行put方法添加元素，也不能使用get方法获取元素。所以竞争越激烈效率越低。

ConcurrentHashMap的结构：锁分段技术

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁（ReentrantLock）,在concurrentHashMap中扮演锁的角色；HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组。Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构。一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须先获得与它对应的Segment锁。

Java中IO

字节流继承于InputStream OutputStream

字符流继承于InputStreamReader OutputStreamWriter

字节流与字符流的区别

2.1要把一片二进制数据逐一输出到某个设备中，或者从某个设备中逐一读取一片二进制数据，不管输入输出设备是什么，我们要用统一的方式来完成这些操作，用一种抽象的方式进行描述，这个描述方式为IO流。对应的抽象类为OutputStream和InputStream，不同的实现类就代表不同的输入和输出设备，他们都是针对字节进行操作的。

在应用中，经常要完全是字符的一段文本输出去或读进来，字节流可以吗？计算机一切最终都是二进制的字节形式存在。对于"中国"这些字符，首先要得到其对应的字节，然后将字节写入到输出流。读取时，首先读到的是字节，可是我们要把他显示为字符，我们需要将字节转换为字符。由于这样的需求很广泛，专门提供了字符流的包装类。

底层设备永远只接受字节数据，有时候要字符设备到底层设备，需要将字符串转成字节再进行写入。字符流是字节流的包装，字符流则是直接接受字符串，它内部将串转换成字节，再写入底层设备，这为我们向IO设备写入或读取字符串提供了一点点方便。

JAVA中IO技术：BIO、NIO、AIO

1、同步异步、阻塞非阻塞概念

同步和异步是针对应用程序和内核的交互而言的。阻塞和非阻塞是针对于进程在访问数据的时候，根据IO操作的就绪状态来采取的不同方式，说白了是一种读取或者写入操作函数的实现方式，阻塞方式下读取或者写入函数将一直等待，而非阻塞方式下，读取或者写入函数会立即返回一个状态值。

同步：指的是用户进程触发IO操作并等待或者轮询的去查看IO操作是否就绪

异步：指的是用户进程触发IO操作以后便开始做自己的事情，而当IO操作已经完成的时候会得到IO完成的通知（异步的特点就是通知）

阻塞：当试图对该文件描述符进行读写时，如果当时没有东西可读，或者暂时不可读，程序就进入等待状态，直到有东西可写为止。

非阻塞：非阻塞状态下，如果没有东西可读，或者不可写，读写函数马上返回，而不会等待。

2、Java对BIO、NIO、AIO的支持：

Java BIO：同步并阻塞，服务器实现模式为一个连接一个线程，即客户端有连接请求时服务器就需要启动一个线程进行处理，如果这个连接不做任何事情会造成不必要的线程开销，当然可以通过线程池机制改善。

采用阻塞的方式实现。也就是一个Socket套接字需要使用一个线程来进行处理。发生建立连接、读数据、写数据的操作时，都可能会阻塞。一个线程处理一个socket，如果是Server端，那么在支持并发的连接时，就需要更多的线程来完成这个工作。

Java NIO：同步非阻塞，服务器实现模式为一个请求一个线程，即客户端发送的连接请求都会注册到多路复用器上，多路复用器轮询到连接有I/O请求时才启动一个线程进行处理。

基于事件驱动思想，采用的是Reactor模式。相对于NIO的一个明显的好处是不需要为每个Socket套接字分配一个线程，而可以在一个线程中处理多个Socket套接字相关的工作。统一通过Reactor对所有客户端的Socket套接字的事件做处理，然后派发到不同的线程中。这样就解决了BIO中为支撑更多的Socket套接字而需要打开更多线程的问题。

Java AIO：异步非阻塞，服务器模式为一个有效请求一个线程，客户端的I/O请求都是由OS先完成了再通知服务器应用去启动线程进行处理。

采用Proactor模式。AIO进行读/写操作时，只需要调用相应的read/write方法，并且需要传入CompletionHandler;在动作完成后，会调用CompletionHandler。

3、BIO、BIO、AIO适用场景分析：

BIO方式适用于连接于连接数目比较小且固定的架构，这种方式对服务器资源要求比较高，并发局限于应用中，JDK1.4以前的唯一选择，但程序直观简单易理解。

NIO方式适用于连接数目多且连接比较短（轻操作）的架构，比如聊天服务器，并发局限于应用中，编程比较复杂，JDK1.4开始支持

AIO方式使用于连接数目多且连接比较长（重操作）的架构，比如相册服务器，充分调用OS参与并发操作，编程比较复杂，JDK7开始支持。

另外，I/O属于底层操作，需要操作系统支持，并发也需要操作系统的支持，所以性能方面不同操作系统会比较明显。