1. HashMap底层的数据结构是什么?
1.8 数组+链表+红黑树
2. JDK 1.8中对hash算法和寻址算法是如何优化的?
hash算法优化
// JDK 1.8以后的HashMap里面hash源码
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
比如说:有一个key的hash值
1111 1111 1111 1111 1111 1010 0111 1100
0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111
1111 1111 1111 1111 0000 0101 1000 0011 -> int值,32位
hash值一样 -> 他们其实都会在数组里放在一个位置,进行复杂的hash冲突的处理
[16个元素] -> hash值对数组长度取模,定位到数组的一个位置,塞进去就ok了
高低16位都参与运算
寻址算法优化
(n - 1) & hash -> 数组里的一个位置
1111 1111 1111 1111 1111 1010 0111 1100(没有经过优化的hash值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
取模运算,他是性能比较差一些,为了优化这个数组寻址的过程
hash & (n - 1) -> 效果是跟hash对n取模,效果是一样的,但是与运算的性能要比hash对n取模要高很多,数学问题,数组的长度会一直是2的n次方,只要他保持数组长度是2的n次方
hash对n取模的效果 -> hash & (n - 1),效果是一样的,后者的性能更高
1111 1111 1111 1111 1111 1010 0111 1100(没有经过优化的hash值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
相当于,你直接这么搞,高16位之间的与运算,是可以忽略的,核心点在于低16位的与运算,hash值的高16位没有参与到与运算里来啊
假设有两个hash值
1111 1111 1111 1111 1111 1010 0111 1100 -> 1111 1111 1111 1111 0000 0101 1000 0011
1111 1111 1111 1110 1111 1010 0111 1100 -> 1111 1111 1111 1110 0000 0101 1000 0010
1111 1111 1111 1111 0000 0101 1000 0011(经过优化和二进制位运算的新的hash值)
0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
配合起来讲
hash算法的优化:对每个hash值,在他的低16位中,让高低16位进行了异或,让他的低16位同时保持了高低16位的特征,尽量避免一些hash值后续出现冲突,大家可能会进入数组的同一个位置。
寻址算法的优化:用与运算替代取模,提升性能
3. HashMap是如何解决hash碰撞问题的吗?
hash冲突问题,链表+红黑树,O(n)和O(logn)
map.put和map.get -> hash算法优化(避免hash冲突),寻址性能优化
算出key的hash值,到数组中寻址,找到一个位置,把key-value对放进数组,或者从数组里取出来
两个key,多个key,他们算出来的hash的值,与n-1,与运算之后,发现定位出来的数组的位置还是一样的,hash碰撞,hash冲突。
还有一个重要的原因是:hash值与n-1与运算,实际上高16为并没有参与运算,原因是n-1的高16为都是0,和hash的高16位进行与运算的时候,都为0.
[<> -> <> -> <>, ]
array[0]这个位置,就是一个链表
会在这个位置挂一个链表,这个链表里面放入多个元素,让多个key-value对,同时放在数组的一个位置里
get,如果定位到数组里发现这个位置挂了一个链表,此时遍历链表,从里面找到自己的要找的那个key-value对就可以了
假设你的链表很长,可能会导致遍历链表,性能会比较差,O(n)
优化,如果链表的长度达到了一定的长度之后,其实会把链表转换为红黑树,遍历一颗红黑树找一个元素,此时O(logn),性能会比链表高一些。
说说HashMap是如何进行扩容的可以吗?
底层是一个数组,当这个数组满了之后,他就会自动进行扩容,变成一个更大的数组,让你在里面可以去放更多的元素
2倍扩容
[16位的数组,<> -> <> -> <>]
[32位的数组,<> -> <>, <>]
数组长度=16
n - 1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
hash1 1111 1111 1111 1111 0000 1111 0000 0101
&结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 = 5(index = 5的位置)
n - 1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111
hash2 1111 1111 1111 1111 0000 1111 0001 0101
&结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 = 5(index = 5的位置)
在数组长度为16的时候,他们两个hash值的位置是一样的,用链表来处理,出现一个hash冲突的问题
如果数组的长度扩容之后 = 32,重新对每个hash值进行寻址,也就是用每个hash值跟新数组的length - 1进行与操作
n-1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
hash1 1111 1111 1111 1111 0000 1111 0000 0101
&结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0101 = 5(index = 5的位置)
n-1 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 1111
hash2 1111 1111 1111 1111 0000 1111 0001 0101
&结果 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0101 = 21(index = 21的位置)
判断二进制结果中是否多出一个bit的1,如果没多,那么就是原来的index,如果多了出来,那么就是index + oldCap,通过这个方式,就避免了rehash的时候,用每个hash对新数组.length取模,取模性能不高,位运算的性能比较高