HashMap和HashTable底层原理以及常见面试题

1．hashmap vs hashtable

1.1.首先说下 hashmap 的原理。

hashmap 的数据结构

/**
the table, resized as necessary. length must always be a power of two.
**/
transient entry[] table;
static class entry<k,v> implements map.entry<k,v>{
   final k key;
   v value;
    entry<k,v> next;
    final int hash;
    ...
 }

hashmap存储函数的实现put(k key, v value)

根据下面put方法的源代码可以看出，当程序试图将一个key-value对放入hashmap中时

• 1.程序首先计算该key的hashcode()值
• 2.然后对该哈希码值进行再哈希
• 3.然后把哈希值和(数组长度-1)进行按位与操作，得到存储的数组下标
• 4.如果该位置处设有链表节点，那么就直接把包含<key,value>的节点放入该位置。如果该位置有结点，就对链表进行遍历，看是否有hash,key和要放入的节点相同的节点，如果有的话，就替换该节点的value值，如果没有相同的话，就创建节点放入值，并把该节点插入到链表表头(头插法)。

public v put(k key, v value) {
 //hashmap允许存放null键和null值。
 //当key为nu11时， 调用putfornullkey方法，将valve放置在数组第一个位置。
 if (key = null)
 return putfornullkey(value);
 //根据key的keycode重新计算hash值。
 int hash = hash(key .hashcode());
 //搜索指定hash值在对应table中的索
 int i = indexfor(hash, table . length);
 //如果i索引处的entry不为null,通过循环不断遍历e元素的下一个元素。
 for (entry<k,v> e = table[i]; e != null;e = e.next) {
  object k;
  if (e.hash == hash && ((k == e.key) == key || key. equals(k))) {
  v oldvalue = e.value;
  e.value = value;
  e.recordaccess(this);
  return oldvalue;
  }
 }
 //如果读引处的entry为null，表明此处还没有entry
 omodcount++;
 //将key、 value添加到索引处。
 addentry(hash, key, value, i);
 return null;
}

void addentry(int hash, k key, v value, int bucketindex) {
 //获取指定bucketindex 索引处的entry
 entry<k,v> e = table[bucketindex];
 //将新创健的entry 放入bucketindex索引处，并让新的entry 指向原来的entry
 table[bucketindex] = new entry<k,v>(hash, key, value, e);
 //如果hap中的key-value对的数里超过了极限
 if (size++ >= threshold)
 //把table对象的长度扩充到原理的2倍
  resize(2*table.length);
}

二倍扩容

 void resize(int newcapacity) {
    entry[] oldtable = table;
    int oldcapacity = oldtable.length;
    if (oldcapacity == maximum_capacity) {
      threshold = integer.max_value;
      return;
    }
    entry[] newtable = new entry[newcapacity];
    transfer(newtable, inithashseedasneeded(newcapacity));
    table = newtable;
    threshold = (int)math.min(newcapacity * loadfactor, maximum_capacity + 1);
  }

void transfer(entry[] newtable, boolean rehash) {
    int newcapacity = newtable.length;
    for (entry<k,v> e : table) {
      while(null != e) {
        entry<k,v> next = e.next;
        if (rehash) {
          e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
        }
        int i = indexfor(e.hash, newcapacity);
        e.next = newtable[i];
        newtable[i] = e;
        e = next;
      }
    }
  }

static int indexfor(int h, int length) {
    // assert integer.bitcount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
    return h & (length-1);
  }

static int hash(int h){
 h ^ =(h>>>20)^ (h>>>12);
 return h ^ (h>>>7) ^ (h>>>4);
}

扩展:为何数组的长度是2的n次方呢?

1.这个方法非常巧妙，它通过h & (table.length-1)来得到该对象的保存位，而hashmap底层数组的长度总是2的n次方，2^n -1得到的二进制数的每个位上的值都为1,那么与全部为1的一一个数进行与操作，速度会大大提升。

2.当length总是2的n次方时，h& (length-1)运 算等价王对length取模，也就是h%length,但是&比%县有更高的效率。

3.当数组长度为2的n次幂的时候，不同的key算得的index相同的几率较小，那么数据在数组上分布就比较均匀，也就是说碰擁的几率小，相对的，查询的时候就不用遍历某个位置上的链表，这样查询效率也就较高了。

hashmap读取函数的实现get

public v get(object key) {
   if (key = null)
   return getfornullkey();
   int hash ”hash(key.hashcode());
   for (entry<k,v> e = table[indexfor(hash, table. length)];
    e!=null;
    e = e.next) {
    0bject k;
    if (e.hash=hash && ((k=e.key)==key ii key.equals(k)){
    return e.value;
    }
   return null;
}

hashmap的get方法1. 是首先通过key的两次hash后的值与数组的长度-1进行与操作，定位到数组的某个位置，2. 然后对该列的链表进行遍历，一般情况下，hashmap的这种查找速度是非常快的，hash 值相同的元(o就会造成链表中数据很多，而链表中的数据查找是通过应历所有链表中的元素进行的，这可能会影响到查找速度，找到即返回。特别注意:当返回为null时，你不能判断是没有找到指定元素，还是在hashmap中存着一一个value为null的元素，因为hashmap允许value为null.

hashmap的扩容机制:

当hashmap中的结点个数超过数组大小loadeactor*(加载因子)时，就会进行数组扩容,loadfactor的默认值为0.75.世就是说，默认情况下，数组大小为16，那么当hashmap电结点个数超过160.75=12的时候，就把数组的大小和展为216=32,即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，并放进去，而这是一个非常消耗性能的操作。

多线程下hashmap出现的问题:

1.多线程put操作后，get操作导致死循环导致cpu100%的现象。主要是多线程同时put时，如果同时触发了rehash操作，会导政扩客后的hashmap中的链表中出现循环节点进而使得后面get的时候，会死循环。

2.多线程put操作，导致元素丢失，也是发生在个线程对hashmap 扩容时。

2.hashtable的原理。

它的原理和hashmap基本一致。

3.hashmap和hashtable的区别。

1.hashtable 是线程安全的，方法是synchronized 的，适合在多线程环境中使用，效率稍低: hashmap不是线程安全的，方法不是synchronized的，效率稍高，适合在单线程环境下使用，所以在多线程场合下使用的话，需要手动同步hashmap，collctions. synchronizedmap()。

ps:hashtable的效率比较低的原因?

在线程竞争激烈的情况下hashtable的效率非常低下。因为当一个线程访间hashtable的同步方法时，访问其他同步方法的线程就可能会进入阻嘉或者轮训状态。如线程1使用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈改率越低.

2.hashmap的key和value都可以为null值，hashtable 的key和value都不允许l null值。

3.hashmap中数组的默认大小是16，而且一定是2的倍数，扩容后的数組长度是之前数组长度的2倍。hashtable中数组默认大小是11.扩容后的数组长度是之前数组长度的2倍+1。

4.哈希直的使用不同。

而hashmap重新计算hash值，面且用&代替求模:

int hash = hash(key.hashcode0);
int i= indexfor(hash, table.length);
static int hash(objectx) {
 int h = x.hashcode();
 h += ~(h<<9);h^= (h>>> 14);
 h+=(h<< 4);
 h ^= (h>>> 10);
 returm h;
}

static int indexfor(int h, int length) {
 return h & (length-1); //hashmap的表长永远是2^n。
}

hashtable直接使用对象的hashcode值:

int hash = key.hashcode(); //注意区分2者的hash值!! int index = (hash & 0x7fffffff) % tab.length;

4.判断是否含有某个键

在hashmap中，null 可以作为键，这样的键只有一个，可以有一个或多个键所对应的值为null,当get()方法返回null值时，既可以表示hashmap中没有该键，也可以表示该键所对应的值为null。因此，在hashmap中不能用get()方法来判断hashmap中是否存在某个键，而应该用containskey()方法来判析。hashtable的键值都不能为null,所以可以用get()方 法来判断是否含有某个键。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，谢谢大家对的支持。如果你想了解更多相关内容请查看下面相关链接