集合源码的常见问题

1、哈希算法的理解

hash算法是一种可以从任何数据中提取出其"指纹"的数据摘要算法,它将任意大小的数据映射到一个固定大小的序列上,这个序列被称为hash code、数据摘要或者指纹。比较出名的hash算法有MD5、SHA。hash是具有唯一性且不可逆的,唯一性是指相同的"对象"产生的hash code永远是一样的。

2、Entry中的hash属性为什么不直接使用key的hashCode()返回值呢?

JDK1.7:

final int hash(Object k) {

int h = hashSeed;

if (0 != h && k instanceof String) {

return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);

}

h ^= k.hashCode();

h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

}

JDK1.8:

static final int hash(Object key) {

int h;

return (key == null ) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

}

虽然算法不同,但是思路都是将hashCode值的高位二进制与低位二进制值进行了异或,让高位二进制参与到index的计算中。

为什么要hashCode值的二进制的高位参与到index计算呢?

因为一个HashMap的table数组一般不会特别大(至少在不断扩容之前)。那么table.length-1的大部分高位都是0,直接用hashCode和table.length-1进行&运算的话,就会导致总是只有最低的几位是有效的,那么就算你的hashCode()实现的再好也难以避免发生碰撞,这时让高位参与进来的意义就体现出来了。它对hashcode的低位添加了随机性并且混合了高位的部分特征,显著减少了碰撞冲突的发生。

3、 HashMap是如何决定某个key-value存在哪个桶的呢?

因为hash值是一个整数,而数组的长度也是一个整数,有两种思路:

①hash 值 % table.length会得到一个[0,table.length-1]范围的值,正好是下标范围,但是用%运算效率没有位运算符&高。

②hash 值 & (table.length-1),任何数 & (table.length-1)的结果也一定在[0, table.length-1]范围。

4、为什么要保持table数组一直是2的n次幂呢?

因为如果数组的长度为2的n次幂,那么table.length-1的二进制就是一个高位全是0,低位全是1的数字,这样才能保证每一个下标位置都有机会被用到。

5、解决[index]冲突问题

虽然从设计hashCode()到上面HashMap的hash()函数,都尽量减少冲突,但是仍然存在两个不同的对象返回的hashCode值相同,或者hashCode值就算不同,通过hash()函数计算后,得到的index也会存在大量的相同,因此key分布完全均匀的情况是不存在的。那么发生碰撞冲突时怎么办?

JDK1.8之间使用:数组+链表的结构。

JDK1.8之后使用:数组+链表/红黑树的结构。

即hash相同或hash&(table.lengt-1)的值相同,那么就存入同一个"桶"table[index]中,使用链表或红黑树连接起来。

6、为什么JDK1.8会出现红黑树和链表共存呢?

因为当冲突比较严重时,table[index]下面的链表就会很长,那么会导致查找效率大大降低,而如果此时选用二叉树可以大大提高查询效率。

但是二叉树的结构又过于复杂,占用内存也较多,如果结点个数比较少的时候,那么选择链表反而更简单。所以会出现红黑树和链表共存。

7、加载因子的值大小有什么关系?

如果太大,threshold(临界值)就会很大,那么如果冲突比较严重的话,就会导致table[index]下面的结点个数很多,影响效率。

如果太小,threshold就会很小,那么数组扩容的频率就会提高,数组的使用率也会降低,那么会造成空间的浪费。

什么时候树化?什么时候反树化?

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;//树化阈值
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;//反树化阈值
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;//最小树化容量

  • 当某table[index]下的链表的结点个数达到8,并且table.length>=64,那么如果新Entry对象还添加到该table[index]中,那么就会将table[index]的链表进行树化。
  • 当某table[index]下的红黑树结点个数少于6个,此时,
    • 当继续删除table[index]下的树结点,最后这个根结点的左右结点有null,或根结点的左结点的左结点为null,会反树化
    • 当重新添加新的映射关系到map中,导致了map重新扩容了,这个时候如果table[index]下面还是小于等于6的个数,那么会反树化
、key-value中的key是否可以修改?

key-value存储到HashMap中会存储key的hash值,这样就不用在每次查找时重新计算每一个Entry或Node(TreeNode)的hash值了,因此如果已经put到Map中的key-value,再修改key的属性,而这个属性又参与hashcode值的计算,那么会导致匹配不上。

这个规则也同样适用于LinkedHashMap、HashSet、LinkedHashSet、Hashtable等所有散列存储结构的集合。

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