【Java面试集合】hashmap底层原理

1.什么是集合

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合java.util.Collection（）分别是java.util.List和java.util.Set。其中，List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set接口的主要实现类有java.util.HashSet和java.util.TreeSet）和双列集合java.util.Map

2.单例集合

ArrayList ( ArrayList是List接口的一个实现类，在它内部封装了一个长度可变的数组对象。其大部分的方法是从其父类中继承过来的。)。

3.为什么说ArraayList是线程不安全的？

首先说一下什么是线程不安全：线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。 如图，List接口下面有两个实现，一个是ArrayList，另外一个是vector。 从源码的角度来看，因为Vector的方法前加了，synchronized 关键字，也就是同步的意思，sun公司希望Vector是线程安全的，而希望arraylist是高效的，缺点就是另外的优点。 说下原理（百度的，很好理解）： 一个 ArrayList ，在添加一个元素的时候，它可能会有两步来完成：

1. 在 Items[Size] 的位置存放此元素；
2. 增大 Size 的值。
   在单线程运行的情况下，如果 Size = 0，添加一个元素后，此元素在位置 0，而且 Size=1；
   而如果是在多线程情况下，比如有两个线程，线程 A 先将元素存放在位置 0。但是此时 CPU 调度线程A暂停，线程 B 得到运行的机会。线程B也向此 ArrayList 添加元素，因为此时 Size 仍然等于 0 （注意哦，我们假设的是添加一个元素是要两个步骤哦，而线程A仅仅完成了步骤1），所以线程B也将元素存放在位置0。然后线程A和线程B都继续运行，都增加 Size 的值。
   那好，现在我们来看看 ArrayList 的情况，元素实际上只有一个，存放在位置 0，而 Size 却等于 2。这就是“线程不安全”了。

4.ArrayList和LinkedList实现原理：

arraylist数组实现，查询快，增删慢
因为ArrayList底层维护了object[]用于存储对象，如果指定容量不够，容量自动自动增长到原来1.5倍，数组是可以直接按索引查找的，所以查找快，每当在增删时牵扯到数组增容，所以比较慢。
ArrayList的最大容量？
一般来说都是new ArrayList（）那么这种构造方法的初始化容量是10，元素超过10，重新分配内存空间，使数组大小增长为16；如果new ArrayList（4）那么他的初始化容量就是4，重新分配增长为7
那么容量变化的规则是什么呢？请看下面的公式：
((旧容量 * 3) / 2) + 1

LinkedList链表实现，增删快，查询慢，
数据的保存需要上一个元素记住下一个元素，查找从头开始查找，一个一个遍历，效率较低速度慢，增加时前一个元素记住自己就行，删除时前一个元素记住后一个元素就行，增删快

5.双例集合

使用hashmap( 集合存储自定义对象做键，要重写hashCode()方法和equals()方法，因为如果用自定义对象当做键的话,要保持元素的唯一性(因为键是唯一的）。)
HashMap在put的时候，插入的元素超过了容量（由负载因子决定）的范围就会触发扩容操作，就是rehash，这个会重新将原数组的内容重新hash到新的扩容数组中，在多线程的环境下，存在同时其他的元素也在进行put操作，如果hash值相同，可能出现同时在同一数组下用链表表示，造成闭环，导致在get时会出现死循环，所以HashMap是线程不安全的。
哈希冲突解决：链地址法，开放地址法：如果哈希表中两个数据想要存储到一个数组中，把第一个存入，第二个或第三个或后面的空数组中存储，查找也是如此

6.你为什么要用到hashmap？

hashmap可以接受null键值，hashmap是非synchronized，hashmap很快，以及hashmap储存的是键值对。
你知道hashmap的工作原理吗？ 你知道hashmap的get（）方法的工作原理吗？
hashmap是基于hashing的原理，我们使用put进行存储到hashmap，使用get从hashmap中获取对象。当我们给put方法传递键和值时，我们先对键调用hashcode方法，返回hashcode用于找到bucket位置来存储Entry（存储的键值对叫做entry对象）对象。
当两个对象的hashcode相同会发生什么？
如果存储对象相同，hashmap会抛出异常或者不会存储他们，可以重写hashcode方法和equals两个方法，因为hashcode相同，所以他们的bucket位置相同，碰撞会发生。因为hashmap使用链表存储对象，这个Entry会存储在链表中。
如果两个键的hashcode相同，你如何获取值对象？
当我们调用get（）方法，hashmap会使用键对象hashcode找到bucket位置，调用keys,equals方法找到链表中正确的节点，最终找到要找的对象。
如果hashmap的大小超出负载因子定义的容量，怎么办？
默认的负载因子大小是0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket的时候，和其他集合类（如ArrayList等）一样，将会创建原来hashmap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入到新的bucket数组中，这个过程叫hashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。
你了解重新调整hashmap大小存在什么问题吗？
当多线程的情况下，可能会产生条件竞争。（ 因为如果两个线程都发现HashMap需要重新调整大小了，它们会同时试着调整大小。在调整大小的过程中，存储在链表中的元素的次序会反过来，因为移动到新的bucket位置的时候，HashMap并不会将元素放在链表的尾部，而是放在头部，这是为了避免尾部遍历(tail traversing)。如果条件竞争发生了，那么就死循环了 ）
我们可以使用CocurrentHashMap来代替Hashtable吗？
这是另外一个很热门的面试题，因为ConcurrentHashMap越来越多人用了。我们知道Hashtable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步性能更好，因为它仅仅根据同步级别对map的一部分进行上锁。ConcurrentHashMap当然可以代替HashTable，但是HashTable提供更强的线程安全性。

7.总结：

HashMap基于hashing原理，无序，不可重复。我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，让后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。
当两个不同的键对象的hashcode相同时会发生什么？ 它们会储存在同一个bucket位置的链表中。键对象的equals()方法用来找到键值对。
因为HashMap的好处非常多，我曾经在电子商务的应用中使用HashMap作为缓存。因为金融领域非常多的运用Java，也出于性能的考虑，我们会经常用到HashMap和ConcurrentHashMap。
解决hash碰撞问题：
1. 开放定址法（线性探测再散列，二次探测再散列，伪随机探测再散列）
2. 再哈希法
3. 链地址法
4. 建立一个公共溢出区

8.系统学习hashmap底层源码实现

8.1.为什么我看不懂这段源码

hashmap是存储键值对的 存储数据的
计算机中如果要存储数据的话，我该怎么办？
数据在计算机中存储的一个方式/数据结构
hashmap底层数据结构搞清楚，我应该可以看懂这段源码
数据结构？ 数组，链表，树形，图形结构
不能对这些常见的数据结构对号入座
数组-----》arraylist
链表-----》linkedlist看下源码就知道：找到linkedlist下的add方法，找到Node内部类维护的点，是使用的双向链表
图解hashmap的数据结构 jdk1.8 数组＋链表+红黑树

8.2.put存储运作方式及流程：

在map.put(1,“jack”);的时候，
1.因为链表有一个node内部类（称为节点），然后生成一个node里边属性有key,value , node next,把这个节点放在数组中，当数组不够用时怎么去扩大？
扩大标准：
感性：如果说数组长度是16，是在16这个节点用完再扩大？
2.理性：在这个数组使用到0.75的时候去扩大，16x0.75=12
3.数组可以无限扩大？不可以的
4…但是链表可以无限扩大，那你就任由他无限扩大吗？不是的，为了不影响效率，如果链表的长度超过了8，进变形为红黑树
5.红黑树可以变为链表吗?可以的，当红黑树长度低于6的时候就转型链表

8.3阿里面试问题：