面试官你能不能别问我 HashMap 了？

• Z时代
• 2024-01-10
• 分类：技术分享

面试官的那些套路，阿粉摸的都透透的

如果你是个 Java 程序员，那一定对 HashMap 不陌生，巧的是只要你去面试，大概率都会被问到 HashMap 的相关内容

那这篇文章你就一定要读一读了

hashmap-的底层数据结构">HashMap 的底层数据结构

先来聊聊 HashMap 的底层数据结构

HashMap 的底层数据结构， 1.7 版本和 1.8 版本是有些不同的，但大体上都是 数组 + 链表 的形式来实现的， 1.7 版本是这个样子：

1.8 版本是这样：

很明显就能看出来， 1.8 版本怎么多了一个树？还是红黑的？

这就要来分析 1.7 版本 HashMap 的实现有什么不足了

1.7 版本主要就是 数组 + 链表，那么如果有一个 hash 值总是会发生碰撞，那么由此对应的链表结构也会越来越长，这个时候如果再想要进行查询操作，就会非常耗时，所以该如何优化这一点就是 1.8 版本想要实现的

1.8 版本采用了 数组 + 链表 + 红黑树 的方式去实现，当链表的长度大于 8 时，就会将链表转为红黑树。

这个时候问题就来了，为什么会将链表转红黑树的值设定为 8 ？

因为链表的时间复杂度是 n/2 ，红黑树时间复杂度是 logn ，当 n 等于 8 的时候， log8 要比 8/2 小，这个时候红黑树的查找速度会更快一些

为什么是小于 6 的时候转为链表，而不是 7 的时候就转为链表呢？频繁的从链表转到红黑树，再从红黑树转到链表，开销会很大，特别是频繁的从链表转到红黑树时，需要旋转

为什么将链表转为红黑树，而不是平衡二叉树（ AVL 树）呢？

• 因为 AVL 树比红黑树保持着更加严格的平衡， AVL 树中从根到最深叶的路径最多为 1.44lg（n + 2） ，红黑树中则最多为 2lg（ n + 1） ，所以 AVL 树查找效果会比较快，如果是查找密集型任务使用 AVL 树比较好，相反插入密集型任务，使用红黑树效果就比较 nice

• AVL 树在每个节点上都会存储平衡因子

• AVL 树的旋转比红黑树的旋转更加难以平衡和调试，如果两个都给 O（lgn） 查找， AVL 树可能需要 O（log n） 旋转，而红黑树最多需要两次旋转使其达到平衡

HashMap 为什么是线程不安全的？

HashMap 的线程不安全主要体现在两个方面：扩容时导致的死循环 & 数据覆盖

扩容时导致的死循环，这个问题只会在 1.7 版本及以前出现，因为在 1.7 版本及以前，扩容时的实现，采用的是头插法，这样就会导致循环链表的问题

什么时候会触发扩容呢？如果存储的数据，大于 当前的 HashMap 长度（ Capacity ） * 负载因子（ LoadFactor ，默认为 0.75） 时，就会发生扩容。比如当前容量是 16 ， 16 * 0.75 = 12 ，当存储第 13 个元素时，经过判断发现需要进行扩容，那么这个时候 HashMap 就会先进行扩容的操作

扩容也不是简简单单的将原来的容量扩大就完事儿了，扩容时，首先创建一个新的 Entry 空数组，长度是原数组的 2 倍，扩容完毕之后还会再进行 ReHash ，也就是将原 Entry 数组里面的数据，重新 hash 到新数组里面去

假设现在有一个 Entry 数组，大小是 2 ，那么当我们插入第 2 个元素时，大于 2 * 0.75 那么此时就会发生扩容，具体如下图：

扩容完毕之后，因为采用的是头插法，所以后面的元素会放在头部位置，那么就可能会这样：

刚开始记录的是 A.next = B ，经过扩容之后是 B.next = A ，那么最后可能就是这样了：

明显看到造成了死循环，比较好的是， 1.8 版本之后采用了尾插法，解决了这个问题

还有个问题， 1.8 版本是没有解决的，那就是数据覆盖问题

假设现在线程 A 和线程 B 同时进行 put 操作，特别巧的是这两条不同的数据 hash 值一样，并且这个位置数据为 null ，那么是不是应该让线程 A 和 B 都执行 put 操作。假设线程 A 在要进行插入数据时被挂起，然后线程 B 正常执行将数据插入了，然后线程 A 获得了 CPU 时间片，也开始进行数据插入操作，那么就将线程 B 的数据给覆盖掉了

因为 HashMap 对 put 操作没有进行加锁的操作，那么就不能保证下一个线程 get 到的值，就一定是没有被修改过的值，所以 HashMap 是不安全的

那既然 HashMap 线程不安全，你给推荐一个安全的？

如果推荐的话，那肯定推荐 ConcurrentHashMap ，说到 ConcurrentHashMap 也有一个比较有趣的事情，那就是 ConcurrentHashMap 的 1.7 版本和 1.8 版本实现也不是很一样

在 1.7 版本， ConcurrentHashMap 采用的是分段锁（ ReentrantLock + Segment + HashEntry ）实现，也就是将一个 HashMap 分成多个段，然后每一段都分配一把锁，这样去支持多线程环境下的访问。但是这样锁的粒度太大了，因为你锁的直接就是一段嘛

所以 1.8 版本又做了优化，使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树 来实现，这样就将锁的粒度降低了，同时使用 synchronized 来加锁，相比于 ReentrantLock 来说，会节省比较多的内存空间

HashMap 这块，其实还可以扩展，比如 HashMap 和 HashTable 的区别， ConcurrentHashMap 1.7 版本和 1.8 版本具体的实现，等等等等

但是这篇文章已经比较长了，就写到这里吧~

感谢您的阅读哇

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