HashMap的一些面试点

哈希表与红黑树：HashMap的优化与冲突解决
最新推荐文章于 2024-09-10 18:32:15 发布
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#hashMap

这篇博客探讨了HashMap在数据结构中的优化，包括使用异或运算降低哈希冲突、用与运算替代取模进行寻址以及如何处理碰撞问题。当键的长度超过8时，HashMap将链表转换为红黑树以实现更快的查找效率。此外，文章还介绍了HashMap的扩容机制，当数组满时如何自动扩容以保证性能。

数据结构

数组+链表

·tip：当某一个key长度超过8，则链表转化成红黑树存储。

Hash算法优化

static final int hash(Object key){
    int h;
    return if(key==null)?0:(h=key.hashCode())^(h>>>16)
}

【优化】对每个hash值，让高低十六位进行了异或运算，让它的低16位同时保持高低16位的特征，尽量避免一些hash值后续出现冲突，出现在同一个位置上。

eg:

1111  1111  1111  1111 1111 1010  0111 1100 ->(原hash值,没有优化的hash值)

0000 0000 0000 0000 1111 1111  1111  1111 ->(原hash值，右移16位)

1111  1111  1111 1111 0000 0101 1000  0011 ->(原hash值，同右移16位后，进行异或运算)

·tip： 与运算（逻辑乘），对应位全是1结果为1，否则为0；或运算（逻辑加），对应位全是0结果为0，否则为1；

           异或运算，参加运算的两个对象，如果两个相应位为“异”（值不同），则该位结果为1，否则为 0。

寻址算法优化：（n-1）& hash

【优化】用与运算替代取模，提升性能

假如n=16，n是数组长度

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 ->(n-1)

1111  1111  1111 1111  0000 0101 1000  0011 ->(异或后的hash)

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  0011 ->(&结果)

如何解决hash碰撞问题

数组的一个位置存在多个值，就会变成一个链表，这个链表是红黑树结构；

时间复杂度由O(n)->O(logn)；

HashMap是如何进行扩容

底层是一个数组，当数组满了以后就会自动进行扩容，变成一个更大的数组。

数组长度=16；

eg1：

n-1    :   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

hash1:  1111  1111  1111  1111  0000 1111 0000 0101

&结果：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 =5（index=5的位置）

eg2：

n-1    :   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111

hash2:  1111  1111  1111  1111  0000 1111 0001 0101

&结果：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 =5（index=5的位置）

数组长度为16的时候，他们俩个的hash值的位置是一样的，用链表来处理，出现一个hash冲突问题。

如果数组的长度扩容成32位，重新对每个hash值进行寻址，也就是每个hash值跟新数组的length-1进行与操作。

eg1：

n-1    :   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111

hash1:  1111  1111  1111  1111  0000 1111 0000 0101

&结果：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 =5（index=5的位置）

eg2：

n-1    :   0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111

hash2:  1111  1111  1111  1111  0000 1111 0001 0101

&结果：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101 =21（index=21的位置）

 

 

 

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JVM如何加载一个类的过程，双亲委派模型中有哪些方法？ 2. HashMap如何实现的？HashMap和ConcurrentHashMap区别？ 3. HashMap和HashTable区别？ 4. JVM分为哪些区，每一个区干吗的？ 5. JVM如何GC？ 6. 快速排序，过程，复杂度？ 7. TCP如何保证可靠传输？三次握手过程？ 8. 线程同步与阻塞的关系？ 9. 如何创建单例模式？ 10. ConcurrentHashMap如何保证线程安全？ 为了多样性，我可以包括一些其他主题。但保持核心。 答案需要简洁准确。 最后，添加相关问题部分。 确保使用中文。 </think> 以下是基于您的请求提供的10道Java面试题及答案。我参考了您提供的引用内容（尤其是引用[3]，其中包含了丰富的Java面试真题），并结合了Java核心知识库，确保问题真实可靠且答案准确。这些问题覆盖了Java基础、并发、JVM、算法等高频面试点，适合不同水平的开发者。每个问题的答案都力求简洁清晰，便于理解。 ### 1. JVM如何加载一个类的过程？双亲委派模型中有哪些方法？ **答案**： JVM加载类的过程包括加载、链接（验证、准备、解析）和初始化三个阶段。加载阶段通过ClassLoader查找字节码文件并创建Class对象；链接阶段验证格式、分配内存并解析符号引用；初始化阶段执行静态初始化代码块。 双亲委派模型中，类加载器优先委派给父类加载器加载类，避免重复加载和确保核心类安全。关键方法包括： - `loadClass()`：实现委派逻辑，先调用父类加载器。 - `findClass()`：由子类自定义加载路径，父类加载失败时调用。 - `defineClass()`：将字节数组转换为Class对象，通常由findClass调用。 双亲委派模型通过层级结构（Bootstrap→Extension→Application→Custom ClassLoader）保证核心类优先加载[^3]。 ### 2. HashMap如何实现的？HashMap和ConcurrentHashMap区别？ **答案**： HashMap基于数组+链表/红黑树实现，使用哈希函数映射键到索引位置，支持快速查找（平均时间复杂度O(1)）。Java 8后，链表长度超过阈值（默认8）转为红黑树优化性能。 区别： - **HashMap**：非线程安全，多线程操作可能导致死循环或数据不一致。 - **ConcurrentHashMap**：线程安全，通过分段锁（Java 7）或CAS+synchronized（Java 8）实现并发控制，效率更高。 ConcurrentHashMap保证线程安全而不像Hashtable全表锁，支持高并发场景[^3]。 ### 3. HashMap和HashTable区别？HashTable线程安全吗？ **答案**： 主要区别： - **线程安全**：HashTable是线程安全的（所有方法用synchronized修饰），但并发性能差；HashMap非线程安全，需外部同步。 - **Null支持**：HashMap允许键和值为null；HashTable不允许null键或值，否则抛NullPointerException。 - **性能**：HashMap性能更好，尤其在单线程环境；HashTable因锁开销大，效率低。 HashTable通过全局锁保证线程安全，但已被ConcurrentHashMap替代在高并发场景[^3]。 ### 4. JVM分为哪些区？每一个区干吗的？ **答案**： JVM内存主要分为： - **堆区（Heap）**：存储对象实例和数组，GC主要区域，分为新生代（Eden、Survivor0/1）和老年代。 - **方法区（Method Area）**：存储类元数据、常量池、静态变量，Java 8后由元空间（Metaspace）实现。 - **栈区（Stack）**：每个线程私有，存储局部变量、方法调用帧和基本类型。 - **程序计数器（PC Register）**：线程私有，指示当前执行指令地址。 - **本地方法栈（Native Method Stack）**：支持Native方法调用。 这些区协同工作，支持对象分配和执行上下文[^3]。 ### 5. JVM如何GC？新生代、老年代、永久代存储哪些东西？ **答案**： JVM垃圾收集（GC）通过分代回收策略： - **新生代**：使用复制算法（Minor GC），存储新创建的对象。Eden区分配新对象，Survivor区存放存活对象。 - **老年代**：使用标记-清除或标记-整理算法（Major GC/FULL GC），存储长期存活对象（从新生代晋升而来）。 - **永久代（Java 8前）**：存储类元数据和常量池；Java 8后替换为元空间（Metaspace，使用Native内存）。 GC过程包括可达性分析：从GCRoots（如栈局部变量、静态变量）出发标记存活对象，回收不可达对象[^3]。 ### 6. 快速排序的过程和复杂度？ **答案**： 快速排序基于分治策略： 1. **过程**：选择基准元素（通常第一个），分区数组为左（小于基准）和右（大于基准）部分；递归排序左右分区。 ```python def quick_sort(arr): if len(arr) <= 1: return arr pivot = arr[0] left = [x for x in arr[1:] if x <= pivot] right = [x for x in arr[1:] if x > pivot] return quick_sort(left) + [pivot] + quick_sort(right) ``` 2. **复杂度**：平均时间复杂度$O(n \log n)$，最坏情况（数组已有序）$O(n^2)$，空间复杂度$O(\log n)$（递归栈）。 快速排序高效但需注意基准选择优化[^3]。 ### 7. TCP如何保证可靠传输？简述三次握手过程。 **答案**： TCP通过以下机制保证可靠传输： - **确认应答（ACK）**：接收方确认收到的数据。 - **超时重传**：发送方未收到ACK时重发数据。 - **滑动窗口**：动态调整发送速率，避免拥塞。 - **序列号**：确保数据有序接收。 **三次握手过程**： 1. 客户端发送SYN包（seq=x）请求连接。 2. 服务器响应SYN+ACK包（seq=y, ack=x+1）。 3. 客户端发送ACK包（ack=y+1），建立连接。 这防止了旧连接干扰，确保双向通信可靠[^3]。 ### 8. 线程同步与阻塞的关系？同步一定阻塞吗？阻塞一定同步吗？ **答案**： - **同步（Synchronization）**：控制多个线程访问共享资源，避免竞态条件，通过锁（如synchronized）实现。 - **阻塞（Blocking）**：线程暂停执行等待资源（如I/O或锁释放）。 关系： - 同步不一定阻塞：非阻塞同步如CAS（Compare-And-Swap）操作允许线程不等待。 - 阻塞不一定同步：阻塞可能由I/O等待引起，与同步无关。 例如，synchronized关键字导致阻塞同步，而Java的Lock接口支持非阻塞尝试锁[^3]。 ### 9. 如何创建线程安全的单例模式？简述双重检查锁定问题。 **答案**： 线程安全单例常用方法： - **双重检查锁定（DCL）**： ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 问题：Java 5前，volatile缺失可能导致指令重排序引发半初始化对象；添加volatile解决。 - **其他方法**：静态内部类（利用类加载机制保证线程安全）： ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class Holder { static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return Holder.INSTANCE; } } ``` 双重检查锁定高效但需注意细节[^3]。 ### 10. ConcurrentHashMap如何保证线程安全？ **答案**： ConcurrentHashMap线程安全机制： - **Java 7**：使用分段锁（Segment），每个段独立加锁，减少锁竞争范围。 - **Java 8**：优化为CAS+synchronized： - 桶位无冲突时：CAS操作插入节点。 - 桶位有冲突时：synchronized锁定链表头或树节点。 这避免全局锁（如Hashtable），支持高并发读写，性能接近非同步HashMap[^3]。 ### 相关问题 如果您想深入探讨Java面试准备，这里有一些相关问题供进一步学习： 1. 如何优化快速排序在Java中的实现？ 2. JVM的GCRoots对象有哪些具体示例？ 3. 在实际项目中，何时选择ConcurrentHashMap而不是其他并发集合？ 4. 单例模式的双重检查锁定为什么需要volatile关键字？ 5. TCP滑动窗口算法如何提升网络传输效率？ 这些问题可以帮助您巩固知识。如果需要更多题目或详细解释，请随时告知！ [^1][^3]
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