彻底掌握HashMap集合相关面试题

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一:HashMap与ConcurrentHashMap的区别？

首先两者的相同点在于底层都是数组+链表实现实现的。
但两者最大的区别就是HashMap是线程非安全的，ConcurrentHashMap是线程安全的。

二:HashMap为什么会有线程安全问题？

我们知道jdk1.7和jdk1.8中HashMap都是线程不安全的，那我们就具体讲一下为什么会线程不安全(两个方面:调用put方法、扩容)。

①调用put方法

假如有两个线程A和B，A希望插入一个key-value到HashMap中，首先会通过A的key得到桶的索引坐标，然后获取该桶的链表头结点，线程A的时间片用完，而此时B线程被调用执行，和线程A一样执行，只不过线程B成功的将数据插入到桶里面。假设线程A插入时候计算的坐标和B线程要插入的索引坐标是一致的，那么当B线程成功插入以后，线程A再次被调用运行的时候，它依然持有原来的链表头，但是它对B线程插入的过程一无所知，那么线程A就会对此坐标上的数据进行覆盖，那么线程B插入的数据就会消失，造成数据不一致的行为。

②扩容

JDK7版本中的HashMap扩容时使用头插法，假设此时有元素一指向元素二的链表，当有两个线程使用HashMap扩容的时，若线程一在迁移元素时阻塞，但是已经将指针指向了对应的元素，线程二正常扩容，因为使用的是头插法，迁移元素后将元素二指向元素一。此时若线程一被唤醒，在现有基础上再次使用头插法，将元素一指向元素二，形成循环链表。若查询到此循环链表时，便形成了死锁。而JDK8版本中的HashMap在扩容时保证元素的顺序不发生改变，就不再形成死锁，但是注意此时HashMap还是线程不安全的。

三：如何解决HashMap线程安全问题？

解决线程安全问题的方式有多种比如：

①比如使用HashTable

②使用Collection.synchronizedMap

③使用ConcurrentHashMap

在使用HashTable或者Collection.synchronizedMap.但是这两者有着共同的问题：那就是性能问题。无论读操作还是写操作，它们都会给整个集合进行加锁，导致同一时间内其他的操作进入阻塞状态。
那么在并发环境下，能够兼顾线程安全和运行效率的情况下就要使用concurrentHashMap.concurrentHashMap在JDK1.7和1.8的版本改动比较大，1.7使用Segment+HashEntry分段锁的方式实现，而1.8则抛弃了Segment，改为使用CAS+synchronized+Node实现，同样也加入了红黑树，避免链表过长导致性能的问题。

四：Java8的ConcurrentHashMap为什么放弃了分段锁?存在什么弊端？

从结构上说，1.7版本的ConcurrentHashMap采用分段锁机制，里面包含一个Segment数组,实际上就是相当于每个Segment都是一个HashMap，默认的Segment长度是16，也就是支持16个线程的并发写，Segment之间相互不会受到影响。我们看一下ConcurrentHashMap的几种并发情况。

①：不同Segment的并发写入互相不影响

②同一Segment的写和读是可以并发执行的

③同一Segment的并发写入(读操作不加锁，由于HashEntry的value变量是 volatile的，也能保证读取到最新的值。)

分段锁的优势在于保证在操作不同段 map 的时候可以并发执行，操作同段 map 的时候，进行锁的竞争和等待。这相对于直接对整个map同步synchronized是有优势的。

弊端在于分成很多段时会比较浪费内存空间(不连续，碎片化); 操作map时竞争同一个分段锁的概率非常小时，分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待; 当某个段很大时，分段锁的性能会下降。

Java1.8之后的ConcurrentHashMap取消了分段锁，而采用CAS和synchronized来保证并发安全问题。
ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术
有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁。

五：HashMap原理?哈希冲突产生的原因？如何解决冲突？

①：HashMap原理图

②：处理哈希冲突的方法

开放定址法、链地址法、再散列法

在hashMap中是采用链地址法的方式解决哈希冲突的。

首先说一下什么是哈希冲突：
我们在调用put方法的时候，会根据key的hashCode值通过hash函数计算得到插入的位置，如果不同的key插入到同一个位置，这种情况叫hash冲突，hashMap采用链表去解决冲突。

③：如何解决哈希冲突

HashMap的单个bucket里存储的不是一个 Entry，而是一个 Entry 链(数组+链表结构)。当我们在进行put的时候，根据key的hashCode通过hash函数计算出bucket桶中的index，然后通过key的equals方法去判断链表中是否存在相同key，如果存在则直接替换value，不相等则新建node加入链表中。

六 hash函数java1.8相比Java1.7做的主要优化：

①：数组+链表改成了数组+链表或红黑树；(链表转红黑树是链表长度阈值为8,红黑树转链表阈值为6)

②：链表的插入方式从头插法改成了尾插法，简单说就是插入时，如果数组位置上已经有元素，1.7将新元素放到数组中，原始节点作为新节点的后继节点，1.8遍历链表，将元素放置到链表的最后；

③：扩容的时候1.7需要对原数组中的元素进行重新hash定位在新数组的位置，1.8采用更简单的判断逻辑，位置不变或索引+旧容量大小；
在插入时，1.7先判断是否需要扩容，再插入，1.8先进行插入，插入完成再判断是否需要扩容；

结束

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