Java经典面试题（3）

1. Java 中 HashMap 的底层数据结构是什么？JDK8 之后有哪些重要改进？​

答案：​

HashMap 的底层数据结构在 JDK7 及之前是数组 + 链表，JDK8 引入了红黑树优化。具体实现：​

• 数组（Bucket 数组）：存储链表 / 红黑树的头节点，初始容量为 16（默认），必须是 2 的幂次​

• 链表：解决哈希冲突，存储哈希值相同的键值对​

• 红黑树（JDK8+）：当链表长度超过阈值（默认 8）且数组容量≥64 时，链表转换为红黑树，将最坏查找复杂度从 O (n) 降至 O (log n)​

改进意义：​

• 优化极端情况下（大量哈希冲突）的性能，红黑树在高频查找场景表现更优​

• 引入树化和退化机制（当节点数≤6 时恢复链表），平衡空间与时间复杂度​

2. 哈希冲突是什么？Java 中如何解决哈希冲突？​

答案：​

哈希冲突是指不同键通过哈希函数计算出相同索引值的现象。Java 中主要通过以下方式解决：​

1. 链地址法（Separate Chaining）​

• HashMap/ConcurrentHashMap 的核心方案，每个数组位置维护一个链表（或红黑树）​

• JDK8 后链表长度≥8 且容量≥64 时树化，提升冲突节点的查找效率​

1. 开放地址法（Open Addressing）​

• 未被 Java 集合框架采用，常见于其他哈希表实现（如线性探测、二次探测）​

• 缺点：易产生聚集效应，导致性能下降​

1. 哈希函数优化​

• 通过扰动函数（如 JDK8 前的hashCode() ^ (hashCode() >>> 16)）提升哈希值分布均匀性​

• 重写hashCode()时遵循均匀散列原则（如字符串采用 31 作为乘数）​

3. 负载因子（Load Factor）的作用是什么？为什么默认值是 0.75？​

答案：​

负载因子是衡量 HashMap 满载程度的参数，计算公式：​

负载因子 = 已存储元素数 / 数组容量​

当该值超过阈值时触发扩容（扩容阈值 = 数组容量 × 负载因子）。​

默认 0.75 的原因：​

• 性能与空间平衡：0.75 是经过大量测试的最优解，在冲突概率和空间利用率间取得平衡​

• 若设为 1.0：空间利用率高，但哈希冲突概率大幅增加，链表长度变长​

• 若设为 0.5：冲突概率降低，但扩容频繁，空间浪费严重​

• 数学证明：根据 Knuth 的《计算机程序设计艺术》，负载因子 0.75 时，链地址法的查找性能接近常数时间​

4. HashMap 的 put () 方法执行流程是怎样的？（结合源码分析）​

答案：​

JDK8 中put(K key, V value)核心流程（简化版）：​

1. 计算哈希值：通过key.hashCode()和扰动函数生成哈希码h​

1. 确定数组索引：i = (n - 1) & h（n 为数组容量，保证索引在合法范围）​

1. 处理桶内元素：​

• 若桶为空：直接创建 Node 节点放入​

• 若桶为红黑树：执行树插入逻辑​

• 若桶为链表：​

• 遍历链表查找相同键，存在则更新值​

• 不存在则插入链表尾部（JDK7 及之前是头部插入，可能导致逆序问题）​

1. 链表转红黑树：若链表长度≥8 且数组容量≥64，触发树化​

1. 扩容检查：若元素数量超过扩容阈值，执行扩容（容量翻倍，元素重新哈希）​

关键点：​

• 扰动函数（hash()方法）的作用是让高低位字节参与运算，减少哈希冲突​

• 索引计算使用&位运算而非取模，提升效率（要求容量为 2 的幂次）​

5. HashMap 和 Hashtable 的主要区别有哪些？​

答案：​

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特性​	HashMap​	Hashtable​
线程安全​	非线程安全（适用于单线程环境）​	线程安全（通过 Synchronized 方法锁）​
null 键值支持​	允许 1 个 null 键，多个 null 值​	不允许 null 键或 null 值​
初始容量 / 负载因子​	默认 16/0.75，可自定义​	默认 11/0.75，扩容为 2n+1​
迭代器​	fail-fast 机制（遍历时修改可能抛异常）​	枚举器（Enumeration），不支持快速失败​
性能​	更高（无锁开销，JDK8 后优化显著）​	较低（方法级锁粒度粗）​

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使用场景：​

• HashMap：高性能的单线程场景（如本地缓存、临时数据存储）​

• Hashtable：过时方案，仅建议在遗留系统中使用，新场景优先选择 ConcurrentHashMap