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  • 广西快3玩法:HashMap的工作原理

    HashMap的工作原理是近年来常见的Java面试题。几乎每个Java程序员都知道HashMap,都知道哪里要用HashMap,知道Hashtable和HashMap之间的区别,那么为何这道面试题如此特殊呢?是因为这道题考察的深度很深。这题经常出现在高级或中高级面试中。投资银行更喜欢问这个问题,甚至会要求你实现HashMap来考察你的编程能力。ConcurrentHashMap和其它同步集合的引入让这道题变得更加复杂。让我们开始探索的旅程吧!

    先来些简单的问题

    “你用过HashMap吗?” “什么是HashMap?你为什么用到它?”

    几乎每个人都会回答“是的”,然后回答HashMap的一些特性,譬如HashMap可以接受null键值和值,而Hashtable则不能;HashMap是非synchronized;HashMap很快;以及HashMap储存的是键值对等等。这显示出你已经用过HashMap,而且对它相当的熟悉。但是面试官来个急转直下,从此刻开始问出一些刁钻的问题,关于HashMap的更多基础的细节。面试官可能会问出下面的问题:

    “你知道HashMap的工作原理吗?” “你知道HashMap的get()方法的工作原理吗?”

    你也许会回答“我没有详查标准的Java API,你可以看看Java源代码或者Open JDK?!薄拔铱梢杂肎oogle找到答案?!?/p>

    但一些面试者可能可以给出答案,“HashMap是基于hashing的原理,我们使用put(key, value)存储对象到HashMap中,使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时,我们先对键调用hashCode()方法,返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象?!闭饫锕丶阍谟谥赋?,HashMap是在bucket中储存键对象和值对象,作为Map.Entry。这一点有助于理解获取对象的逻辑。如果你没有意识到这一点,或者错误的认为仅仅只在bucket中存储值的话,你将不会回答如何从HashMap中获取对象的逻辑。这个答案相当的正确,也显示出面试者确实知道hashing以及HashMap的工作原理。但是这仅仅是故事的开始,当面试官加入一些Java程序员每天要碰到的实际场景的时候,错误的答案频现。下个问题可能是关于HashMap中的碰撞探测(collision detection)以及碰撞的解决方法:

    “当两个对象的hashcode相同会发生什么?” 从这里开始,真正的困惑开始了,一些面试者会回答因为hashcode相同,所以两个对象是相等的,HashMap将会抛出异常,或者不会存储它们。然后面试官可能会提醒他们有equals()和hashCode()两个方法,并告诉他们两个对象就算hashcode相同,但是它们可能并不相等。一些面试者可能就此放弃,而另外一些还能继续挺进,他们回答“因为hashcode相同,所以它们的bucket位置相同,‘碰撞’会发生。因为HashMap使用链表存储对象,这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在链表中?!闭飧龃鸢阜浅5暮侠?,虽然有很多种处理碰撞的方法,这种方法是最简单的,也正是HashMap的处理方法。但故事还没有完结,面试官会继续问:

    “如果两个键的hashcode相同,你如何获取值对象?” 面试者会回答:当我们调用get()方法,HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置,然后获取值对象。面试官提醒他如果有两个值对象储存在同一个bucket,他给出答案:将会遍历链表直到找到值对象。面试官会问因为你并没有值对象去比较,你是如何确定确定找到值对象的?除非面试者直到HashMap在链表中存储的是键值对,否则他们不可能回答出这一题。

    其中一些记得这个重要知识点的面试者会说,找到bucket位置之后,会调用keys.equals()方法去找到链表中正确的节点,最终找到要找的值对象。完美的答案!

    许多情况下,面试者会在这个环节中出错,因为他们混淆了hashCode()和equals()方法。因为在此之前hashCode()屡屡出现,而equals()方法仅仅在获取值对象的时候才出现。一些优秀的开发者会指出使用不可变的、声明作final的对象,并且采用合适的equals()和hashCode()方法的话,将会减少碰撞的发生,提高效率。不可变性使得能够缓存不同键的hashcode,这将提高整个获取对象的速度,使用String,Interger这样的wrapper类作为键是非常好的选择。

    如果你认为到这里已经完结了,那么听到下面这个问题的时候,你会大吃一惊。“如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量,怎么办?”除非你真正知道HashMap的工作原理,否则你将回答不出这道题。默认的负载因子大小为0.75,也就是说,当一个map填满了75%的bucket时候,和其它集合类(如ArrayList等)一样,将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组,来重新调整map的大小,并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing,因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

    如果你能够回答这道问题,下面的问题来了:“你了解重新调整HashMap大小存在什么问题吗?”你可能回答不上来,这时面试官会提醒你当多线程的情况下,可能产生条件竞争(race condition)。

    当重新调整HashMap大小的时候,确实存在条件竞争,因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了,它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中,存储在链表中的元素的次序会反过来,因为移动到新的bucket位置的时候,HashMap并不会将元素放在链表的尾部,而是放在头部,这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了,那么就死循环了。这个时候,你可以质问面试官,为什么这么奇怪,要在多线程的环境下使用HashMap呢?:)

    热心的读者贡献了更多的关于HashMap的问题:

    1. 为什么String, Interger这样的wrapper类适合作为键??String, Interger这样的wrapper类作为HashMap的键是再适合不过了,而且String最为常用。因为String是不可变的,也是final的,而且已经重写了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper类也有这个特点。不可变性是必要的,因为为了要计算hashCode(),就要防止键值改变,如果键值在放入时和获取时返回不同的hashcode的话,那么就不能从HashMap中找到你想要的对象。不可变性还有其他的优点如线程安全。如果你可以仅仅通过将某个field声明成final就能保证hashCode是不变的,那么请这么做吧。因为获取对象的时候要用到equals()和hashCode()方法,那么键对象正确的重写这两个方法是非常重要的。如果两个不相等的对象返回不同的hashcode的话,那么碰撞的几率就会小些,这样就能提高HashMap的性能。
    2. 我们可以使用自定义的对象作为键吗? 这是前一个问题的延伸。当然你可能使用任何对象作为键,只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定义规则,并且当对象插入到Map中之后将不会再改变了。如果这个自定义对象时不可变的,那么它已经满足了作为键的条件,因为当它创建之后就已经不能改变了。
    3. 我们可以使用CocurrentHashMap来代替Hashtable吗?这是另外一个很热门的面试题,因为ConcurrentHashMap越来越多人用了。我们知道Hashtable是synchronized的,但是ConcurrentHashMap同步性能更好,因为它仅仅根据同步级别对map的一部分进行上锁。ConcurrentHashMap当然可以代替HashTable,但是HashTable提供更强的线程安全性??纯?a >这篇博客查看Hashtable和ConcurrentHashMap的区别。

    我个人很喜欢这个问题,因为这个问题的深度和广度,也不直接的涉及到不同的概念。让我们再来看看这些问题设计哪些知识点:

    • hashing的概念
    • HashMap中解决碰撞的方法
    • equals()和hashCode()的应用,以及它们在HashMap中的重要性
    • 不可变对象的好处
    • HashMap多线程的条件竞争
    • 重新调整HashMap的大小

    总结

    HashMap的工作原理

    HashMap基于hashing原理,我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时,它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode,让后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时,通过键对象的equals()方法找到正确的键值对,然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题,当发生碰撞了,对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。

    当两个不同的键对象的hashcode相同时会发生什么? 它们会储存在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()方法用来找到键值对。

    因为HashMap的好处非常多,我曾经在电子商务的应用中使用HashMap作为缓存。因为金融领域非常多的运用Java,也出于性能的考虑,我们会经常用到HashMap和ConcurrentHashMap。你可以查看更多的关于HashMap的文章:

    原文链接: Javarevisited 翻译: www.klh31.com - 唐小娟
    译文链接: //www.klh31.com/7099.html
    [ 转载请保留原文出处、译者和译文链接。]

    关于作者: 唐小娟

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    56 条评论

    1. itcrazy 说道:

      看到源代码,发现LZ分析很到位,HashMap 归到底那就是 用到了数组+链表 两张存储结构

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      • farewell 说道:

        我也是这么理解的???为什么这么多人给负赞?哪里理解错了??

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        • xiaoyu 说道:

          核心是hashmap的思想,你们说的只是它的存储方式

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    2. aa 说道:

      第一遍看下来看的稀里糊涂滴,不知所云,是我能力还不够么?平时用的还挺多的

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      • farewell 说道:

        建议看这篇博客的时候顺便打开eclipse翻一下源码,会更清楚一些。

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      • 隔壁杨二狗 说道:

        其实从HashMap的实现方式可以看出,hashCode是用来标识Entry在bucket中存储的位置。正确的取到值是从找到Entry的位置,如果hashCode有相同的存在,通过equals()去确定(Entry.key == key(这个key是get()传入的key))key真实对应的值。糊涂的应该是这个地方吧?

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    3. xian 说道:

      我也觉得是稀里糊涂滴

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      • 唐小娟 说道:

        哪里不懂呢?可能是我水平有限 翻译的字词不太通畅
        请你指出来 我好改正哦:)

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    4. jinks 说道:

      nice 领教了

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    5. 刘飞 说道:

      看了一遍,迷迷糊糊的,求解释下这几个名词然后再看一遍
      bucket 碰撞探测 hashing Entry

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    6. shallrain 说道:

      翻译的很好 有些重视数据结构的面试官真的会这么问的

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    7. zhangtielin 说道:

      谢谢楼主分享

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    8. 李桢 说道:

      为什么多线程下hashmap扩容会死循环

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    9. 张军 说道:

      对于多线程下rehashing会产生死循环不是很理解.

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    10. 帅克 说道:

      若你加上源码,做一个更全面合理的分析讲解,我想会更好!

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    11. sddtc 说道:

      很赞,很清晰

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    12. Vincent 说道:

      赞一个。分析浅到深很清晰。以前看过hashMap的源码,别的都还好,并发下rehash死循环还没理解到,回去再研究一下。

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    13. peterpanzsy 说道:

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    14. 菜鸟 说道:

      前面能看懂,到了扩容产生死循环有点不明白,然后搜了一下,找到了这篇博文,把死循环产生原理弄清楚了//my.oschina.net/xianggao/blog/393990

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    15. 独孤贾 说道:

      最好加一些实际例子

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    16. Just 说道:

      看一遍,没认真看,再看一遍,才知道要认真看

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    17. kakarot 说道:

      哈希是一个算法,map是一个数据结构,两者结合就成了高级的hashmap

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    18. iver3on 说道:

      核心是如何存储 以及如何防止hash冲突。

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    19. letsgowei 说道:

      Jdk8中,如果某位置碰撞的数量超过8就会将链表置为红黑树。

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    20. crays 说道:

      留下,慢慢研究

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    21. xiuyang_leiasp 说道:

      扩容陷入死循环那一块,没有特别理解,不过确实应该反问为什么要在多线程情况下,使用HashMap

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    22. 凌森 说道:

      hashmap 的数据结构是一个Entry对象的数组, Entry对象有个next指向hashcode相同的另一个Entry。也就是数组+链表的数据结构,相信大家看到这个自己就能写一个简单的hashmap了吧。
      不管是put还是get, 都需要首先计算hash,得到Entry在数组中的位置, 也就是首先找到哈希桶的位置。
      文章写得非常棒,打开源码带着看效果更好。

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    23. lurik 说道:

      Эмм.. а можно у вас брать посты с RSS канала? Ссылку на источник поставлю.

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    24. spark 说道:

      对hashmap认识又深一点

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    25. Xi 说道:

      可以配合这个看 //www.klh31.com/23164.html

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    26. deppyu 说道:

      如果两个键的hashcode相同,你如何获取值对象?
      这个解答有误吧,e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))
      还是比较key对象。[如果两个key对象的hashcode和equals都相等,hashmap中只会有存储后一个]
      虽然链表中存储的是Map.entry/node。但是取值并不会和value进行对比的

      Thumb up 1 Thumb down 0

      • 唐尤华 说道:

        Hi,请到伯乐在线的小组发帖提问,支持微信登录。链接是://group.jobbole.com/
        在小组发帖,其他网友也能回复你哦。

        Thumb up 1 Thumb down 0

      • 隔壁杨二狗 说道:

        文章中写的比较value是比较你传进来的KEY和bucket中Entry.key的值进行比较。这里的值指的是key

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    27. jeffrey.xu 说道:

      处理碰撞时 JDK7用的是链表 , JDK8 貌似就是利用红黑树了 这样查找效率会提高很多 。。

      Thumb up 1 Thumb down 1

      • elon 说道:

        哈哈,所以面试的时候都会问一下如果list太长会怎么处理。一般会说是不是产生hashcode的算法不够好。那就继续问怎么样的算是好的hashcode生成算法;如果能答出来用红黑树,就会再问红黑树的问题。所以这道题差不多就够面很久了。

        Thumb up 1 Thumb down 2

    28. nys 说道:

      这篇文章太粗糙了,那么请问拿到hashcode后怎计算出索引,索引值的范围为何在0-15,(默认情况),为何table(Entry数组的名字)的长度必须为2的n次方,map的扩容过程,只简单描述了扩容两倍,那么,内存是怎么操作的?是否调用了本地方法栈?

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    29. 傻猫 说道:

      文章有一个错误,不应该是填满0.75的bucket。应该是0.75的entry数量后才会扩容。

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    30. 停停停 说道:

      可以讲的很透彻

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    31. 李庚 说道:

      写的很棒,看后收获很大,继续写出好的博客!

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    32. 花溪的小石头 说道:

      这篇文章这里是有问题的:“如果两个键的hashcode相同,你如何获取值对象?”
      首先如果两个键的hashcode相同,说明这两个键是是相等的,那么后一个键的value将会覆盖之前的键value,而不是你所说的那个啥加结点。
      你所说的加结点是指通过hashcode计算出的一个散列值相同的时候,才会在链表中增加结点。

      所以你这里说的不够严谨,仅补充。

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      • 张坤 说道:

        哈希值相同并不一定两个键相同,这就是哈希冲突,哈希算法需要解决的问题,解决方法各有千秋吧,就像lz说的用数组和链表也是解决哈希冲突的一种方法??梢圆慰家幌律⒘斜硐喙刂?。

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    33. 罗斯 说道:

      感谢,看得越多工资越高

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    34. nike 说道:

      楼主功力深厚,讲解的通俗易懂,谢谢。

      Thumb up 1 Thumb down 1

    35. 曹建涛 说道:

      经过我深入HashMap源码发现,addEntry方法中,有这样一个判断

      if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex]));size是当前map的实际大小,threshold是map容量的3/4,table是底层实现存放数据的数组,bucketIndex是根据hashcode计算所得“桶位”。

      那么问题来了,这里并不简单只是在push时检查容量是否超过3/4就扩容,后面还有一个“预插入桶位数据是否为空”的判断。

      经过本人测试,当前map size是3,容量是4时,再push数据并不会进行扩容,因为后面条件不满足(table[bucketIndex]为空)。所以觉得本文提及扩容之处有失偏颇。

      本人Java小白,有不足之处,还请指出~

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    36. ECode1024 说道:

      讲的很深刻,好文!

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    37. ECode1024 说道:

      其实还有一个知识点没举出来,那就是HashMap的默认大小是16

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    38. 王可 说道:

      nice 领教了

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    39. 王可 说道:

      对hashmap的理解更加深刻了。

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    40. yl 说道:

      受益颇多,感谢!

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    41. 吴光荣 说道:

      感谢!

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    42. 等风 说道:

      兄弟,竞态条件这里不是涉及到多线程调用,不是应该用ConcurrentHashMap吗?为什么要用HashMap

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    43. Lin 说道:

      很不错 从学校出来重温一遍 感觉记忆深刻

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