面试刷题9HashTableHashMapTreeMap的区别？

Z时代
2024-01-10
分类：综合

map是广义集合的一部分。

我是李福春，我在准备面试，今天我们来回答：

HashTable,HashMap,TreeMap的区别？

共同点：都是Map的子类或者间接子类，以键值对的形式存储和操作数据。

区别如下表：

项目

线程安全

是否支持null键值

使用场景

HashTable

是

不支持

java早期hash实现，同步开销大不推荐被使用

HashMap

否

支持

大部分场景的首选put,get时间复杂度是常数级别

TreeMap

否

不支持

基于红黑树提供顺序访问的map，传入比较器来决定顺序，get,put,remove操作时间复杂度log(n)

下面分析一下面试官可能根据上面的问题进行一些扩展的点。

Map的类层级

HashTable是java早期的hash实现，实现了Dictionary接口； TreeMap是根据比较器来决定元素的顺序； LinkedHashMap 按照插入的顺序来遍历。下面的代码是一个不经常使用的资源自动释放的例子。

package org.example.mianshi;
import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;
/**
 * 不常使用的资源被释放掉
 *
 */
public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {
        LinkedHashMap<String,String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<String,String>(){
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, String> eldest) {
                return size()>3;
            }
        };
        linkedHashMap.put("a","aaa");
        linkedHashMap.put("b","bbb");
        linkedHashMap.put("c","ccc");
        linkedHashMap.forEach((k,v)->System.out.println(k+" = " + v));
        System.out.println(linkedHashMap.get("a"));
        System.out.println(linkedHashMap.get("b"));
        System.out.println(linkedHashMap.get("c"));
        linkedHashMap.forEach((k,v)->System.out.println(k+" = " + v));
        linkedHashMap.put("d","ddd");
        System.out.println("=========");
        linkedHashMap.forEach((k,v)->System.out.println(k+" = " + v));
    }
}

HashMap的源码分析

数据结构： Node[] table , 首先是一个数组，数组的元素是一个链表；

如下图：数组叫做桶，数组的单个元素中的链表叫做bin;

put操作涉及的关键源码如下：


final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbent,boolean evit) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int , i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) = 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == ull)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, nll);
    else {
        // ...
        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for first 
           treeifyBin(tab, hash);
        //  ... 
     }
}

路由规则：

key计算hash值， hash值%数组长度= 数组的索引；通过索引找到对应的数组元素，如果hash值相同，则在该链表上继续扩展。

如果链表的大小超过阈值，则链表会被树化。

hashMap的hash值的计算：


static final int hash(Object kye) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>>16;
}

这么设置算法是为了降低hash碰撞的概率，数据计算出来的hash值差异一般是在高位，上面的代码是忽略容量以上的高位（进行了位移）。

扩容逻辑


final Node<K,V>[] resize() {
    // ...
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACIY &&
                oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPAITY)
        newThr = oldThr << 1; // double there
       // ... 
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {  
        // zero initial threshold signifies using defaultsfults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPAITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_ATOR* DEFAULT_INITIAL_CAPACITY；
    }
    if (newThr ==0) {
        float ft = (float)newCap * loadFator;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = neThr;
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newap];
    table = n；
    // 移动到新的数组结构e数组结构 
   }

如果没指定容量和负载因子，按照默认的负载因子和容量初始化； 门阀值=容量 * 负载因子，门阀值按照倍数扩容 扩容后，会把老的数组中的元素复制到新的数组，这是扩容开销的主要来源；

树化


final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        //树化改造逻辑
    }
}

哈希碰撞：元素在放入hashmap的过程中，如果一个对象hash冲突，妒被放置到同一个桶里面，会形成一个链表，链表的存取耗费性能，无法达到常数级别的时间复杂度；如果大量的hash冲突，则会形成一个长链表，如果客户端跟这些数据交互频繁，则会占用大量的cpu，导致服务器宕机拒绝服务。

树化的目的是：为了安全，减少hash冲突；

小结

先从线程安全，是否允许null键值，使用场景方面说出来HashTable,HashMap,TreeMap的区别。

然后扩展到了Map的类层级，分析了面试官喜欢问的hashmap的数据结构，hash值计算，扩容，树化问题。

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