巧解HashMap常见八股面试题，算法系列再下一城
2023-10-26 05:39:25
剖析 HashMap 八个面试必杀技，斩获算法面试官青睐
1. HashMap 的底层原理
想象一下 HashMap 就像一个抽屉柜，每个抽屉都对应一个特定的钥匙。当你要存取某个物品时，只需找到对应的钥匙，打开抽屉即可。HashMap 的底层结构也是如此。它由一个数组组成，其中每个元素被称为“桶”。当你要添加一个键值对时，HashMap 会使用哈希函数对键进行计算，得到一个哈希值。这个哈希值就是抽屉的号码，通过哈希值对数组长度取模，即可得到要存取的桶。
public class HashMap<K, V> {
private Entry<K, V>[] table;
// 省略其他代码
}
public class Entry<K, V> {
private K key;
private V value;
private Entry<K, V> next;
}
2. 哈希函数的作用
哈希函数就像一个魔术师，它可以将任意长度的键转换成一个固定长度的数字，这个数字就是哈希值。哈希函数的好坏直接影响 HashMap 的性能。一个优秀的哈希函数可以有效避免哈希冲突，提高查找效率。常见的哈希函数有取模法、平方取中法和 FNV 算法。
3. 哈希冲突的解决方法
当不同的键计算出的哈希值相同时，就会发生哈希冲突。为了解决这个问题，HashMap 使用了两种常见的策略：链地址法和开放寻址法。
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链地址法： 在冲突的键值对后面形成一个链表，依次存储后续的键值对。
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开放寻址法： 在数组中继续探测，寻找下一个可用的位置来存储键值对。
4. HashMap 的初始化容量和扩容机制
HashMap 在创建时会指定一个初始容量，默认为 16。当 HashMap 中存储的键值对数量超过初始容量的一半时，HashMap 会自动扩容，将容量变为原来的两倍。扩容操作通过重新哈希所有键值对并将其分配到新的桶中来实现。
5. HashMap 的负载因子
负载因子是 HashMap 中存储的键值对数量与桶数量的比值。当负载因子达到某个阈值（默认为 0.75）时，HashMap 会触发扩容操作。负载因子过高会降低 HashMap 的查找效率，因此需要通过扩容来降低负载因子。
6. HashMap 是否线程安全
遗憾的是，Java 中的 HashMap 不是线程安全的。这意味着在多线程环境下，多个线程同时操作 HashMap 时，可能会出现数据不一致的问题。为了解决这个问题，可以使用 ConcurrentHashMap，它提供了线程安全机制，保证在多线程环境下数据的正确性。
7. HashMap 和 HashTable 的区别
HashMap 和 HashTable 都是 Java 中用于存储键值对的集合类，但它们有一些关键的区别：
- 键和值： HashMap 允许键和值都为 null，而 HashTable 不允许。
- 线程安全性： HashMap 不是线程安全的，而 HashTable 是线程安全的。
- 性能： HashMap 的性能通常优于 HashTable，因为 HashTable 需要额外的同步机制来保证线程安全。
8. HashMap 的常见使用场景
HashMap 的应用场景非常广泛，包括：
- 缓存系统： 将经常访问的数据存储在 HashMap 中，以提高访问速度。
- 对象池： 使用 HashMap 管理对象池，快速查找和重用对象。
- 路由表： 在路由器中使用 HashMap 存储 IP 地址和物理地址之间的映射。
5 个常见问题解答
- 什么是哈希碰撞？ 当不同的键计算出的哈希值相同时，就会发生哈希碰撞。
- HashMap 的扩容机制如何工作？ 当 HashMap 中存储的键值对数量超过初始容量的一半时，HashMap 会自动扩容，将容量变为原来的两倍。
- 为什么 HashMap 不是线程安全的？ 因为 HashMap 没有使用任何同步机制来保证在多线程环境下的数据一致性。
- 什么时候应该使用 ConcurrentHashMap？ 在多线程环境中，需要保证数据一致性时，应该使用 ConcurrentHashMap。
- HashMap 和 TreeMap 有什么区别？ TreeMap 是一个有序集合，而 HashMap 是一个无序集合。TreeMap 会根据键的自然顺序或指定的比较器来对键值对进行排序。
