JAVA集合问答

HashMap 的扩容过程

当向容器添加元素的时候,会判断当前容器的元素个数,如果大于等于阈值---即当前数组的长度乘以加载因子的值的时候,就要自动扩容啦。

扩容( resize )就是重新计算容量,向 HashMap 对象里不停的添加元素,而 HashMap 对象内部的数组无法装载更 多的元素时,对象就需要扩大数组的长度,以便能装入更多的元素。

当然 Java 里的数组是无法自动扩容的,方法 是使用一个新的数组代替已有的容量小的数组,就像我们用一个小桶装水,如果想装更多的水,就得换大水桶。

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HashMap hashMap=new HashMap(cap);

cap =3, hashMap 的容量为4;

cap =4, hashMap 的容量为4;

cap =5, hashMap 的容量为8;

cap =9, hashMap 的容量为16;

如果 cap 是2的n次方,则容量为 cap ,否则为大于 cap 的第一个2的n次方的数。

数组扩容的过程?

创建一个新的数组,其容量为旧数组的两倍,并重新计算旧数组中结点的存储位置。结点在新数组中的位置只有两种,原下标位置或原下标+旧数组的大小。

对红黑树的见解?
  • 1、每个节点非红即黑

  • 2、根节点总是黑色的

  • 3、如果节点是红色的,则它的子节点必须是黑色的(反之不一定)

  • 4、每个叶子节点都是黑色的空节点(NIL节点)

  • 5、从根节点到叶节点或空子节点的每条路径,必须包含相同数目的黑色节点(即相同的黑色高度)

jdk8中对HashMap做了哪些改变?
  • 在java 1.8中,如果链表的长度超过了8,那么链表将转换为红黑树。(桶的数量必须大于64,小于64的时候只会扩容)

  • 发生hash碰撞时,java 1.7 会在链表的头部插入,而java 1.8会在链表的尾部插入

  • 在java 1.8中,Entry被Node替代(换了一个马甲)。

HashMap,LinkedHashMap,TreeMap 有什么区别?

HashMap 参考其他问题;

LinkedHashMap 保存了记录的插入顺序,在用 Iterator 遍历时,先取到的记录肯定是先插入的;遍历比 HashMap 慢;

TreeMap 实现 SortMap 接口,能够把它保存的记录根据键排序(默认按键值升序排序,也可以指定排序的比较器)

HashMap & TreeMap & LinkedHashMap 使用场景?

一般情况下,使用最多的是 HashMap。

HashMap:在 Map 中插入、删除和定位元素时;

TreeMap:在需要按自然顺序或自定义顺序遍历键的情况下;

LinkedHashMap:在需要输出的顺序和输入的顺序相同的情况下。

HashMap 和 HashTable 有什么区别?

①、HashMap 是线程不安全的,HashTable 是线程安全的;

②、由于线程安全,所以 HashTable 的效率比不上 HashMap;

③、HashMap最多只允许一条记录的键为null,允许多条记录的值为null,而 HashTable不允许;

④、HashMap 默认初始化数组的大小为16,HashTable 为 11,前者扩容时,扩大两倍,后者扩大两倍+1;

⑤、HashMap 需要重新计算 hash 值,而 HashTable 直接使用对象的 hashCode

Java 中的另一个线程安全的与 HashMap 极其类似的类是什么?同样是线程安全,它与 HashTable 在线程同步上有什么不同?

ConcurrentHashMap 类(是 Java并发包 java.util.concurrent 中提供的一个线程安全且高效的 HashMap 实现)。

HashTable 是使用 synchronize 关键字加锁的原理(就是对对象加锁);

而针对 ConcurrentHashMap,在 JDK 1.7 中采用 分段锁的方式;JDK 1.8 中直接采用了CAS(无锁算法)+ synchronized。

HashMap & ConcurrentHashMap 的区别?

除了加锁,原理上无太大区别。另外,HashMap 的键值对允许有null,但是ConCurrentHashMap 都不允许。

为什么 ConcurrentHashMap 比 HashTable 效率要高?

HashTable 使用一把锁(锁住整个链表结构)处理并发问题,多个线程竞争一把锁,容易阻塞;

ConcurrentHashMap

  • JDK 1.7 中使用分段锁(ReentrantLock + Segment + HashEntry),相当于把一个 HashMap 分成多个段,每段分配一把锁,这样支持多线程访问。锁粒度:基于 Segment,包含多个 HashEntry。

  • JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树。锁粒度:Node(首结点)(实现 Map.Entry<K,V>)。锁粒度降低了。

ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中,为什么要使用内置锁 synchronized 来代替重入锁 ReentrantLock?

①、粒度降低了;

②、JVM 开发团队没有放弃 synchronized,而且基于 JVM 的 synchronized 优化空间更大,更加自然。

③、在大量的数据操作下,对于 JVM 的内存压力,基于 API 的 ReentrantLock 会开销更多的内存。

ConcurrentHashMap 简单介绍?

①、重要的常量:

private transient volatile int sizeCtl;

当为负数时,-1 表示正在初始化,-N 表示 N - 1 个线程正在进行扩容;

当为 0 时,表示 table 还没有初始化;

当为其他正数时,表示初始化或者下一次进行扩容的大小。

②、数据结构:

Node 是存储结构的基本单元,继承 HashMap 中的 Entry,用于存储数据;

TreeNode 继承 Node,但是数据结构换成了二叉树结构,是红黑树的存储结构,用于红黑树中存储数据;

TreeBin 是封装 TreeNode 的容器,提供转换红黑树的一些条件和锁的控制。

③、存储对象时(put() 方法):

1.如果没有初始化,就调用 initTable() 方法来进行初始化;

2.如果没有 hash 冲突就直接 CAS 无锁插入;

3.如果需要扩容,就先进行扩容;

4.如果存在 hash 冲突,就加锁来保证线程安全,两种情况:一种是链表形式就直接遍历到尾端插入,一种是红黑树就按照红黑树结构插入;

5.如果该链表的数量大于阀值 8,就要先转换成红黑树的结构,break 再一次进入循环

6.如果添加成功就调用 addCount() 方法统计 size,并且检查是否需要扩容。

④、扩容方法 transfer():默认容量为 16,扩容时,容量变为原来的两倍。

helpTransfer():调用多个工作线程一起帮助进行扩容,这样的效率就会更高。

⑤、获取对象时(get()方法):

1.计算 hash 值,定位到该 table 索引位置,如果是首结点符合就返回;

2.如果遇到扩容时,会调用标记正在扩容结点 ForwardingNode.find()方法,查找该结点,匹配就返回;

3.以上都不符合的话,就往下遍历结点,匹配就返回,否则最后就返回 null。

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