HashMap暴露了你的java基础功底

关注

原创最新推荐文章于 2026-08-30 16:59:28 发布 484 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

HashMap 常见问题Java8(扩容、转红黑树、退化链表、Hash优化) HashMap扩容 HashMap HashMap树化 HashMap退化链表 HashMap hash优化 HashMap put过程 HashMap 转红黑树条件 HashMap 循环异常 ConcurrentModificationException 红黑树、链表阅读详情

（新建的群1039047324，欢迎对技术感兴趣的朋友加入，群内可以接私活，聊技术，分享工作中容易踩的坑，以及如何避免踩坑，分享最新架构视频)

1.HashMap的底层数据结构是什么？
底层数据结构是哈希表结构（链表散列：数组+单向链表），结合了数组和链表的优点，当链表长度超过8时，链表会转为红黑树。数组中的每一个元素都是链表。总结来说就是HashMap在JDK1.8之前底层是由数组+链表实现的，从JDK1.8开始底层是由数组+链表或者数组+红黑树实现的。

追问：为什么在1.8中增加红黑树？
当需要查找某个元素的时候，线性探索是最直白的方式，它会把所有数据遍历一遍直到找到你所查找的数据，对于数组和链表这种线性结构来说，当链表长度过长（数据有成百上千）的时候，会造成链表过深的问题，这种查找方式效率极低，时间复杂度是O(n)。简单来说红黑树的出现就是为了提高数据检索的速度，时间复杂度为O(logn)。比如，存储数据个数为256，使用红黑树遍历只需要8次。

继续追问：链表过深问题为什么不用二叉查找树代替，而选择红黑树？为什么不一直使用红黑树？
二叉树在特殊情况下会变成一条线性结构，这就跟原来的链表结构一样了，选择红黑树就是为了解决二叉树的缺陷。
红黑树在插入数据的时候需要通过左旋、右旋、变色这些操作来保持平衡，为了保持这种平衡是需要付出代价的。当链表很短的时候，没必要使用红黑树，否则会导致效率更低，当链表很长的时候，使用红黑树，保持平衡的操作所消耗的资源要远小于遍历链表锁消耗的效率，所以才会设定一个阈值，去判断什么时候使用链表，什么时候使用红黑树。

2.讲一下HashMap的工作原理，put()和get()的过程分别是怎么样的？
1 存储对象时，将key和vaule传给put()方法：

判断数组是否为空，为空进行初始化;
不为空，计算 k 的 hash 值，通过(n - 1) & hash计算应当存放在数组中的下标 index;
查看 table[index] 是否存在数据，没有数据就构造一个Node节点存放在 table[index] 中；
存在数据，说明发生了hash冲突(存在二个节点key的hash值一样), 继续判断key是否相等，相等，用新的value替换原数据(onlyIfAbsent为false)；
如果不相等，判断当前节点类型是不是树型节点，如果是树型节点，创造树型节点插入红黑树中；(如果当前节点是树型节点证明当前已经是红黑树了)
如果不是树型节点，创建普通Node加入链表中；判断链表长度是否大于8并且数组长度大于64，大于的话链表转换为红黑树；
插入完成之后判断当前节点数是否大于阈值（capacity*loadFactor），如果大于开始扩容为原数组的二倍。

下面以流程图方式更加直观的看一下插入流程：

2 获取对象时，将key传给get()方法：

调用hash(key)方法获取key对应的hash值从而获取该键值对在数组中的下标。
对链表进行顺序遍历，使用equals()方法查找链表中相等的key对应的value值。

追问：说一下数组是怎么扩容的？
创建一个新数组，新数组初始化容量大小是旧数组的两倍，对原数组中元素重新进行一次hash从而定位在新数组中的存储位置，元素在新数组中的位置只有两种，原下标位置或原下标+旧数组的大小。
追问：为什么要对原数组中元素再重新进行一次hash？直接复制到新数组不行吗？
因为数组长度扩大以后Hash规则也会随之变化。
Hash的公式—> index = HashCode（Key） & （Length - 1）
追问：在插入元素的时候，JDK1.7与JDK1.8有什么不同？
1.7是先判断是否需要扩容，再进行插入操作。1.8是先插入，插入完成之后再判断是否需要扩容。
注：hashcode是用来定位的，定键值对在数组中的存储位置。equals()方法是用来定性的，比较两个对象是否相等。

3.你说JDK1.8之前使用头插法将Entry节点插入链表，那么头插法具体是怎么做的？设计头插法的目的是什么？

新值会作为链表的头部替换原来的值，原来的值会被顺推到链表当中。下面以图解方式说明一下：

设计者认为后来插入的值被查找的概率比较高，使用头插法可以提高查找的效率。

追问：那么，在HashMap中，到底是怎样形成环形链表的？

JDK7 中 HashMap 成环原因

成环的时机

1：HashMap 扩容时。

2：多线程环境下。

当多个线程同时对这个HashMap进行put操作，而察觉到内存容量不够，需要进行扩容时，多个线程会同时执行resize操作，而这就出现问题了，问题的原因分析如下：

首先，在HashMap扩容时，会改变链表中的元素的顺序，将元素从链表头部插入。

重点就在这个transfer()中：

经过这几步，我们会发现转移的时候是逆序的。假如转移前链表顺序是1->2，那么转移后就会变成2->1。这时候就有点头绪了，死锁问题不就是因为1->2的同时2->1造成的吗？所以，HashMap 的死锁问题就出在这个transfer()函数上。

假设原来oldTable里存放a,b的hash值是一样的，那么entry链表顺序是：
P1:oldTable[i]->a->b->null P2:oldTable[i]->a->b->null
线程P1运行到上面595行时，e=a(a.next=b),继续运行到597行时，next=b。这个时候切换到线程P2，线程P2执行完这个链表的循环。如果恰a,b在新的table中的hash值又是一样的，那么此时的链表顺序是：
主存:newTable[i]->b->a->null
注意这个时候，a1,a2连接顺序已经反了。现在cpu重新切回P1，在第602行以后：e.next = newTable[i];即： a1.next=newTable[i];
newTable[i]=a1;
e=a2;
开始第二次while循环(e=a2,next=a1)：
a2.next=newTable[i];//也就是a2.next=a1
newTable[i]=a2
e=a1
开始第三次while循环（e=a1,next=null）
a1.next=newTable[i];//也就是a1.next=a2
这个时候a1.next=a2,a2.next=a1,形成回环了，这样就造成了死循环，在get操作的时候next永远不为null，造成死循环。
put()过程造成了环形链表，但是它没有发生错误。一旦再调用get()就悲剧了。
可以看到很偶然的情况下会出现死循环，不过一旦出现后果是非常严重的，多线程的环境还是应该用ConcurrentHashMap。
4.HashMap是怎么设定初始化容量大小的？
使用new HashMap()不传值，默认大小是16，负载因子是0.75。如果传入参数K，那么初始化容量大小为大于K的2的最小整数幂。比如传入的是10，那么初始化容量大小就是16（2的4次方）。
追问：为什么HashMap的数组长度要取2的整数幂？
因为这样数组长度-1正好相当于一个“低位掩码”。“与”操作的结果就是散列值的高位全部归零，只保留低位值，用来做数组下标访问。以初始长度16为例，16-1=15。2进制表示是00000000 00000000 00001111。和某散列值做“与”操作如下，结果就是截取了最低的四位值。

5.讲一下HashMap中的哈希函数时怎么实现的？
key的hashcode是一个32位的int类型值，hash函数就是将hashcode的高16位和低16位进行异或运算。
追问：哈希函数为什么这么设计？
这是一个扰动函数，这样设计的原因主要有两点：

可以最大程度的降低hash碰撞的概率（hash值越分散越好）；
因为是高频操作，所以采用位运算，让算法更加高效；

6.HashMap是线程安全的吗？
不是，在多线程的情况下，1.7的HashMap会导致死循环、数据丢失、数据覆盖。在1.8中如果有多个线程同时put()元素还是会存在数据覆盖的问题。以1.8位例，A线程判断index位置为空后正好挂起，B线程开始向index位置写入节点数据，这时A线程恢复现场，执行赋值操作，就把A线程的数据给覆盖了。
追问：如何解决这个线程不安全的问题？
可以使用HashTable、Collections.synchronizedMap、以及ConcurrentHashMap这些线程安全的Map。
追问：分别讲一下这几种Map都是如何实现线程安全的？
HashTable是直接在操作方法上加synchronized关键字，锁住整个数组，粒度比较大；
Collections.synchronizedMap是使用Collections集合工具的内部类，通过传入Map封装出一个SynchronizedMap对象，内部定义了一个对象锁，方法内通过对象锁实现；
ConcurrentHashMap在JDK1.7中使用分段锁，降低了锁粒度，让并发度大大提高，在JDK 1.8 中直接采用了CAS（无锁算法）+ synchronized的方式来实现线程安全。

7.说一下HashMap在JDK1.8中都有哪些改变？

底层数据结构：1.7中是数组+链表。1.8中是数组+链表或数组+红黑树；
元素插入方式：1.7是头插法插入链表。1.7是尾插法插入链表；
节点类型：1.7中数组中节点类型是Entry节点，1.8中数组中节点类型是Node节点；
元素插入流程：1.7中是先判断是否需要扩容，再插入。1.8中是先插入，插入成功之后再判断是否需要扩容；
扩容方式：1.7中需要对原数组中元素重新进行hash定位在新数组中的位置。1.8中采用更简单的逻辑判断，原下标位置或原下标+旧数组的大小。

8.HashMap的内部节点是有序的吗？
是无序的，根据hash值随机插入。
追问：你知道哪些有序的Map？
LinkedHashMap和TreeMap。
追问：说一下这两种Map分别是怎么实现有序的
LinkedHashMap： LinkedHashMap内部维护了一个单链表，有头尾节点，同时LinkedHashMap节点Entry内部除了继承HashMap的Node属性，还有before 和 after用于标识前置节点和后置节点。可以实现按插入的顺序或访问顺序排序。
TreeHashMap： TreeMap是按照Key的自然顺序或者Comprator的顺序进行排序，内部是通过红黑树来实现。所以要么key所属的类实现Comparable接口，或者自定义一个实现了Comparator接口的比较器，传给TreeMap用于key的比较。

9 .HashMap，LinkedHashMap，TreeMap 有什么区别？
LinkedHashMap 保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历时，先取到的记录肯定是先插入的；遍历比 HashMap 慢。TreeMap 实现 SortMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序（默认按键值升序排序，也可以指定排序的比较器）
追问：讲一下这三种Map的使用场景
一般情况下，使用最多的是 HashMap。
HashMap：在 Map 中插入、删除和定位元素时；
TreeMap：在需要按自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下；
LinkedHashMap：在需要输出的顺序和输入的顺序相同的情况下。