集合類圖

什麼是HashMap

眾所周知，HashMap是一個用於儲存Key-Value鍵值對的集合，每一個鍵值對也叫Entry。這些鍵值對分散在一個陣列中，這個陣列就是HashMap的主幹。

HashMap陣列的每一個初始值都是Null

HashMap用陣列+連結串列的形式解決Hash函式下index的衝突情況，比如下面這種情況

hash衝突你還知道哪些解決辦法？(1) 開放地址法（2）鏈地址法（3）再雜湊法（4）公共溢位區域法

HashMap陣列的每一個元素不止是一個Entry物件，也是一個連結串列的頭節點。每一個Entry物件通過Next指標指向它的下一個Entry節點。當新來的Entry對映到衝突的陣列位置時，只需要插入到對應的連結串列即可。

由於剛才所說的Hash衝突，同一個位置有可能匹配到多個Entry，這時候就需要順著對應連結串列的頭節點，一個一個向下來查詢。假設我們要查詢的Key是“apple”：

需要注意的是，新來的Entry節點插入連結串列時，使用的是“頭插法”。是因為HashMap的發明者認為，後插入的Entry被查詢的可能性更大。

HashMap面試問題

HashMap面試必問的6個點，你知道幾個？原作者【程式設計師追風】連結 基於此文做了小量摘抄和補充

HashMap預設的初始長度是多少？為什麼這麼規定？

• HashMap預設初始長度是16，並且每次自動擴充套件或是手動初始化時，長度必須是2的冪
  • 長度16或者其他2的冪，Length-1的值是所有二進位制位全為1，這種情況下，index的結果等同於HashCode後幾位的值。只要輸入的HashCode本身分佈均勻，Hash演演算法的結果就是均勻的。
• HashMap的函式採用的位運算的方式

可以用LinkedList代替陣列結構嘛？ ps：Entry就是一個連結串列節點

意思原始碼中的

Entry[] table = new Entry[capacity] 
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用

List<Entry> table = new LinkedList<Entry>();
複製程式碼

表示是否可行，答案很明顯，必須是可以

既然可以，為什麼HashMap不用LinkedList，而使用陣列？

因為陣列效率更高，並且採用基本陣列結構，可以自己定義擴容機制，比如HashMap中陣列擴容是2的次冪，在做取模運算的時候效率高，而ArrayList的擴容機制是1.5倍擴容

HashMap在什麼條件下擴容

load factor為0.75，為了最大程度避免雜湊衝突，也就是當load factor * current cpacity(當前陣列大小)時，就要resize

為什麼擴容是2的次冪?

HashMap為了存取高效，要儘量較少碰撞，就是要儘量把資料分配均勻，每個連結串列長度大致相同，這個實現就在把資料存到哪個連結串列中的演演算法；這個演演算法實際就是取模，hash%length。

但是，大家都知道這種運算不如位移運算快。

因此，原始碼中做了優化hash&(length-1)。

也就是說hash%length==hash&(length-1)

那為什麼是2的n次方呢？

因為2的n次方實際就是1後面n個0，2的n次方-1，實際就是n個1。

例如長度為8時候，3&(8-1)=3 2&(8-1)=2 ，不同位置上，不碰撞。

而長度為5的時候，3&(5-1)=0 2&(5-1)=0，都在0上，出現碰撞了。

所以，保證容積是2的n次方，是為了保證在做(length-1)的時候，每一位都能&1 ，也就是和1111……1111111進行與運算。

知道hashmap中put元素的過程是什麼樣麼?

1. 對key的hashCode()做hash運算，計算index；

   此處注意，對於key的判斷如下((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))只要滿足其一就會被算作重複，然後覆蓋，也就是如下程式碼，Map的大小為1

   HashMap<String,Integer> map = new HashMap();
   map.put("A",1);
   map.put(new String("A"),1);
   System.out.println(map.size());	//大小為1
   複製程式碼

2. 如果沒碰撞直接放到bucket裡；

3. 如果碰撞了，以連結串列的形式存在buckets後；

4. 如果碰撞導致連結串列過長(大於等於TREEIFY_THRESHOLD)，就把連結串列轉換成紅黑樹(JDK1.8中的改動)；

5. 如果節點已經存在就替換old value(保證key的唯一性)

6. 如果bucket滿了(超過load factor*current capacity)，就要resize。

hashmap中get元素的過程？

1. 對key的hashCode()進行hash運算，得到index
2. 去bucket中查詢對應的index，如果命中，則直接返回
3. 如果有衝突，則通過key的equals去查詢對應的entry；
   • 若為樹，則在樹中查詢，時間複雜度為O(logn)
   • 若為連結串列，則在連結串列中查詢，時間複雜度為O(n)

還知道哪些Hash演演算法？

比較出名的有MD4、MD5等

String的hashcode的實現？

public int hashCode() {
    int h = hash;
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;
        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        hash = h;
    }
    return h;
}
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String類中的hashCode計算方法還是比較簡單的，就是以31為權，每一位為字元的ASCII值進行運算，用自然溢位來等效取模。

知道jdk1.8中hashmap改了啥麼?

• 由陣列+連結串列的結構改為陣列+連結串列+紅黑樹。
• 優化了高位運算的hash演演算法：h^(h>>>16)
• 擴容後，元素要麼是在原位置，要麼是在原位置再移動2次冪的位置，且連結串列順序不變。

最後一條是重點，因為最後一條的變動，hashmap在1.8中，不會在出現死迴圈問題。

為什麼在解決hash衝突的時候，不直接用紅黑樹?而選擇先用連結串列，再轉紅黑樹?

因為紅黑樹需要進行左旋，右旋，變色這些操作來保持平衡，而單連結串列不需要。

當元素小於8個當時候，此時做查詢操作，連結串列結構已經能保證查詢效能。當元素大於8個的時候，此時需要紅黑樹來加快查詢速度，但是新增節點的效率變慢了。

因此，如果一開始就用紅黑樹結構，元素太少，新增效率又比較慢，無疑這是浪費效能的。

我不用紅黑樹，用二叉查詢樹可以麼?

可以。但是二叉查詢樹在特殊情況下會變成一條線性結構（這就跟原來使用連結串列結構一樣了，造成很深的問題），遍歷查詢會非常慢。

當連結串列轉為紅黑樹後，什麼時候退化為連結串列?

為6的時候退轉為連結串列。中間有個差值7可以防止連結串列和樹之間頻繁的轉換。假設一下，如果設計成連結串列個數超過8則連結串列轉換成樹結構，連結串列個數小於8則樹結構轉換成連結串列，如果一個HashMap不停的插入、刪除元素，連結串列個數在8左右徘徊，就會頻繁的發生樹轉連結串列、連結串列轉樹，效率會很低。

HashMap在併發程式設計環境下有什麼問題啊?

• 多執行緒擴容，引起的死迴圈問題
• 多執行緒put的時候可能導致元素丟失
• put非null元素後get出來的卻是null

在jdk1.8中還有這些問題麼?

在jdk1.8中，死迴圈問題已經解決。其他兩個問題還是存在。

你一般怎麼解決這些問題的？

比如ConcurrentHashmap，Hashtable等執行緒安全等集合類。

HashMap的鍵可以為Null嘛

可以

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
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你一般用什麼作為HashMap的key?

一般用Integer、String這種不可變類當HashMap當key，而且String最為常用。

• 因為字串是不可變的，所以在它建立的時候hashcode就被快取了，不需要重新計算。這就使得字串很適合作為Map中的鍵，字串的處理速度要快過其它的鍵物件。這就是HashMap中的鍵往往都使用字串。
• 因為獲取物件的時候要用到equals()和hashCode()方法，那麼鍵物件正確的重寫這兩個方法是非常重要的,這些類已經很規範的覆寫了hashCode()以及equals()方法。
• 用可變類當HashMap的key有什麼問題? hashcode可能發生改變，導致put進去的值，無法get出

其實嚴格來說，String並不是一個嚴謹的不可變類，在Java1.5以後，我們可以通過反射技術修改String裡的value[]陣列的值。

如果讓你實現一個自定義的class作為HashMap的key該如何實現？

此題考察兩個知識點

• 重寫hashcode和equals方法注意什麼?
• 如何設計一個不變類

針對問題一，記住下面四個原則即可

(1)兩個物件相等，hashcode一定相等

(2)兩個物件不等，hashcode不一定不等

(3)hashcode相等，兩個物件不一定相等

(4)hashcode不等，兩個物件一定不等

針對問題二，記住如何寫一個不可變類

(1)類新增final修飾符，保證類不被繼承。

如果類可以被繼承會破壞類的不可變性機制，只要繼承類覆蓋父類的方法並且繼承類可以改變成員變數值，那麼一旦子類以父類的形式出現時，不能保證當前類是否可變。

(2)保證所有成員變數必須私有，並且加上final修飾

通過這種方式保證成員變數不可改變。但只做到這一步還不夠，因為如果是物件成員變數有可能再外部改變其值。所以第4點彌補這個不足。

(3)不提供改變成員變數的方法，包括setter

避免通過其他介面改變成員變數的值，破壞不可變特性。

(4)通過構造器初始化所有成員，進行深拷貝(deep copy)

如果構造器傳入的物件直接賦值給成員變數，還是可以通過對傳入物件的修改進而導致改變內部變數的值。例如：

public final class ImmutableDemo {  
    private final int[] myArray;  
    public ImmutableDemo(int[] array) {  
        this.myArray = array; // wrong  
    }  
}
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這種方式不能保證不可變性，myArray和array指向同一塊記憶體地址，使用者可以在ImmutableDemo之外通過修改array物件的值來改變myArray內部的值。

為了保證內部的值不被修改，可以採用深度copy來建立一個新記憶體儲存傳入的值。正確做法：

public final class MyImmutableDemo {  
    private final int[] myArray;  
    public MyImmutableDemo(int[] array) {  
        this.myArray = array.clone();   
    }   
}
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這裡要注意，Object物件的clone()方法，實現了物件中各個屬性的複製，但它的可見範圍是protected的，所以實體類使用克隆的前提是：

① 實現Cloneable介面，這是一個標記介面，自身沒有方法。 ② 覆蓋clone()方法，可見性提升為public。

也就是說，一個預設的clone()方法實現機制，仍然是賦值。

如果一個被複制的屬性都是基本型別，那麼只需要實現當前類的cloneable機制就可以了，此為淺拷貝。

如果被複制物件的屬性包含其他實體類物件引用，那麼這些實體類物件都需要實現cloneable介面並覆蓋clone()方法。

(5)在getter方法中，不要直接返回物件本身，而是克隆物件，並返回物件的拷貝

這種做法也是防止物件外洩，防止通過getter獲得內部可變成員物件後對成員變數直接操作，導致成員變數發生改變。

準備用HashMap存1w條資料，構造時傳10000還會觸發擴容嗎？

• 在 HashMap 中，提供了一個指定初始容量的構造方法 HashMap(int initialCapacity)，這個方法最終會呼叫到 HashMap 另一個構造方法，其中的引數 loadFactor 就是預設值 0.75f。

• 從構造方法的邏輯可以看出，HashMap 並不是直接使用外部傳遞進來的 initialCapacity，而是經過了 tableSizeFor() 方法的處理，再賦值到 threshole 上。

• 在 tableSizeFor() 方法中，通過逐步位運算，就可以讓返回值，保持在 2 的 N 次冪。以方便在擴容的時候，快速計算資料在擴容後的新表中的位置。

  那麼當我們從外部傳遞進來 1w 時，實際上經過 tableSizeFor() 方法處理之後，就會變成 2 的 14 次冪 16384，再算上負載因子 0.75f，實際在不觸發擴容的前提下，可儲存的資料容量是 12288（16384 * 0.75f）。

  這種場景下，用來存放 1w 條資料，綽綽有餘了，並不會觸發我們猜想的擴容。

unmodify不可變的集合

概述：通常用於方法的返回值，通知呼叫者該方法是隻讀的，並且不期望對方修改狀態

補充：Arrays.asList返回的Arrays.ArrayList其實並非不可變，只是add方法沒有重寫，但是可以通過set進行下標資料交換

在Java 8我們可以使用Collections來實現返回不可變集合

Java集合類："隨機訪問" 的RandomAccess介面

如果我們用Java做開發的話，最常用的容器之一就是List集合了，而List集合中用的較多的就是ArrayList 和 LinkedList 兩個類，這兩者也常被用來做比較。因為最近在學習Java的集合類原始碼，對於這兩個類自然是不能放過，於是乎，翻看他們的原始碼，我發現，ArrayList實現了一個叫做 RandomAccess 的介面，而 LinkedList 是沒有的

• RandomAccess 是一個標誌介面，表明實現這個這個介面的 List 集合是支援快速隨機訪問的。也就是說，實現了這個介面的集合是支援 快速隨機訪問 策略的。

• 同時，官網還特意說明瞭，如果是實現了這個介面的 List，那麼使用for迴圈的方式獲取資料會優於用迭代器獲取資料。

Stream流操作注意事項

stream.of()，最好不要傳基本型別，因為 Stream主要用於物件型別的集合 ，如果傳基本型別，會將基本型別陣列當做一個物件處理。

當然JDK還提供了基本型別的Stream，例如我們可以直接使用IntStream，而不是Stream。

Java 集合框架基礎運用

集合介面

• Collection實現Interable介面
  • 所有java.util下的集合類都是fast-fail(快速失敗)的
  • 結論：Iterator迭代器只能在 next() 方法執行後，通過 remove() 移除資料，也無法對源 Collection 物件操作
• 介面分類 (Collection為主，Map為輔)
• 基於 java.util.Collection 介面的單維度資料集合
  • 基於 java.util.Map 介面的雙維度資料集合或其他介面
• 陣列的Copy和集合物件的clone是類似的，均為淺克隆
• 幾乎所有遺留集合實現是執行緒安全
  • Vector、HashTable、Stack等

java.util.Collection 介面

• 通用介面 * java.util.List(有序,允許重複,允許null)

  * java.util.Set(無序,不可重複,不允許null)
      * Set集合底層使用hash表實現，所以不可重複，每次add的時候都會呼叫自己的hashCode()方法去判斷是否發生碰撞，然後是否替換等操作
      * HashSet在一些特殊場景是有序的，如字母、數字
      
  * java.util.SortedSet  
  
      * TreeSet實現了SortedSet,提供了Compare和CompareTo來定製排序
      
  * java.util.NavigableSet（since Java 1.6）
  複製程式碼

Collection介面下面已細化了List,Set和Queue子介面，未什麼又定義了AbstractCollection這個抽象類？

三者都是Collection，總還是有共同行為的。

• 抽象實現基於 java.util.Collection 接⼝
  • java.util.AbstractCollection
  • java.util.AbstractList
  • java.util.AbstractSet
  • java.util.AbstractQueue（Since Java 1.5）

ArrayList集合之subList

• subList實際是原列表的一個檢視，對檢視的操作全部會被反映到原列表上
• 對於區域性列表的操作可以使用sublist，例如刪除20-30的下標元素，List.sublist(20,30).clear();
• 生成子列表後不要操作原列表，會拋ConcrrentModificationException異常

通常 Set 是 Map Key 的實現，Set 底層運用 Map 實現 在HashSet中，元素都存到HashMap鍵值對的Key上面，而Value時有一個統一的值private static final Object PRESENT = new Object();，(定義一個虛擬的Object物件作為HashMap的value，將此物件定義為static final)

java.util.Map介面

• HashMap和HashTable區別【擴充套件ConcurrentHashMap】
  • HashMap執行緒非安全(寫操作)，HashTable執行緒安全
  • HashMap允許value為null，HashTable的key和value不允許為null，ConcurrentHashMap的key 與 value 不允許 null
  • 如果 value 為空的話，ConcurrentHashMap 在查詢資料時，會產生歧義。到底是值為 null，還是執行緒不可見
• 抽象實現基於 java.util.Map 接⼝
  • java.util.AbstractMap

ArrayList和CopyOnWriteArrayList的區別

• CopyOnWriteArrayList
• 實現了List介面
  • 內部持有一個ReentrantLock lock = new ReentrantLock();
  • 底層是用volatile transient宣告的陣列 array
  • 讀寫分離，寫時複製出一個新的陣列，完成插入、修改或者移除操作後將新陣列賦值給array

• ArrayList
  • 底層是陣列，初始大小為10
  • 插入時會判斷陣列容量是否足夠，不夠的話會進行擴容
  • 所謂擴容就是新建一個新的陣列，然後將老的資料裡面的元素複製到新的陣列裡面
  • 移除元素的時候也涉及到陣列中元素的移動，刪除指定index位置的元素，然後將index+1至陣列最後一個元素往前移動一個格

Vector是增刪改查方法都加了synchronized，保證同步，但是每個方法執行的時候都要去獲得鎖，效能就會大大下降，而CopyOnWriteArrayList 只是在增刪改上加鎖，但是讀不加鎖，在讀方面的效能就好於Vector，CopyOnWriteArrayList支援讀多寫少的併發情況

Collections便利實現

介面型別

• 單例集合介面（Collections.singleton*） 不可變集合、只有一個元素
  • 主要用於只有一個元素的優化，減少記憶體分配，無需分配額外的記憶體
• 空集合介面（Collections.empty*） *
• 轉換集合介面（Collections.、Arrays.*） *
• 列舉集合介面（*.of(…)）

集合演演算法運用

• 計算複雜度：最佳、最壞以及平均複雜度
• 記憶體使用：空間複雜度
• 遞迴演演算法：排序演演算法中是否⽤到了遞迴
• 穩定性：當相同的健存在時，經過排序後，其值也保持相對的順序（不發生變化）
• 比較排序：集合中的兩個元素進行比較排序