集合有两个大接口:Collection 和 Map，本文重点介绍了集合中另一种常用的集合类型 Map。
以下是 Map 继承关系图：
Map 常用实现如下：
- Hashtable：Java 实现了早期提供的哈希表，线程安全，不支持 null 键和值，因为它的性能不如 ConcurrentHashMap，所以很少推荐使用。
- HashMap：如果程序中没有多线程的需求，最常用的哈希表就会实现，HashMap 这是一个很好的选择，支持 null 如果可以在多线程中使用键和值 ConcurrentHashMap 替代。
- TreeMap：一种基于红黑树的顺序访问 Map，自身实现了 key 也可以指定自然排序 Comparator 来自定义排序。
- LinkedHashMap：HashMap 一个子类，保存了记录的插入顺序，可以在遍历时保持与插入相同的顺序。
常用方法包括：put、remove、get、size 等，所有方法如下图所示：
使用示例，请参考以下代码：
Map hashMap = new HashMap();// hashmapp添加元素.put("name", "老王");hashMap.put("age", "30");hashMap.put("sex", "你猜");// hashmapp删除元素.remove("age");// 搜索单元元素Systemem.out.println(hashMap.get("age"));// 循环所有的 keyfor (Object k : hashMap.keySet()) { System.out.println(k);}// 所有值for循环 (Object v : hashMap.values()) { System.out.println(v);}
以上为 HashMap 其他类别的使用示例也类似。
HashMap 数据结构HashMap 底层数据是数组成哈希桶，每个桶都存储在链表中，链表中的每个节点都是 HashMap 每一个元素。在 JDK 8 当链表长度大于或等于时 8 为了提高查询和插入的效率，它将转化为红黑树的数据结构。
HashMap 数据结构如下图所示：
执行流程如下：
- 对 key 进行 hash 操作，计算存储 index；
- 判断是否有哈希碰撞，如果没有碰撞直接放入哈希桶，如果有碰撞，则以链表的形式存储；
- 判断现有元素的类型，决定是加树还是加链表。当链表大于或等于时 8 将链表转换成红黑树；
- 若节点已存在，则替换旧值；
- 判断是否超过阀值，如果超过，将扩大容量。
源代码及说明：
public V put(K key, V value) { // 对 key 进行 hash() return putVal(hash(key), key, value, false, true);}static final int hash(Object key) { int h; // 对 key 进行 hash() 的具体实现 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; // 为空创建tab if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; // 计算 index，并对 null 做处理 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; // 节点存在 if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; // 该链为树 else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 该链为链表 else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } // 写入 if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; // 超过load factor*current capacity，resize if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null;}
put() 执行流程图如下：
2)获取方法：get(Object key)执行流程如下：
- 首先，如果第一节点是第一节点，比较第一节点 hash 值和 key 的 hash 值相同，第一节点的键对象和 key 相同的(相同的地址或 equals 等)，返回节点；
- 如果第一个节点的比较不同，看看下一个节点是否存在。如果存在，可以继续比较。如果不存在，就意味着 key 没有匹配的键值对。
源代码及说明：
public V get(Object key) { Node<K,V> e; return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;}/*** 该方法是 Map.get 具体实现方法* 接收两个参数* @param hash key 的 hash 值，根据 hash 该值在节点数组中找到， hash 值是通过 hash(key) 得到的* @param key key 对象，当存在 hash 碰撞时，应逐一比较是否相等* @return 找到后，将键值返回到节点对象，否则返回 null*/final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; // 声明节点数组对象、链表的第一个节点对象、当前节点对象、数组长度、节点的键对象 // 链表的第一个节点由节点数组赋值、数组长度赋值、通过位置操作获得求模结果确定 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && // 首先，如果第一节点是第一节点，比较第一节点 hash 值和 key 的 hash 值相同，第一节点的键对象和 key 相同的(相同的地址或 equals 相等），返回节点 ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; // 返回首节点 // 假如第一节点比较不同，那么看看下一节点是否存在，如果存在，可以继续比较，若不存在，则意味着 key 没有匹配的键值对 if ((e = first.next) != null) { // 假如下一个节点存在 e，所以首先看看这个首节点是否是一个树节点 if (first instanceof TreeNode) // 假如第一节点是树节点，然后找遍历树 return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); // 假如第一节点不是树节点，说明还是一个普通的链表，然后可以一个一个的比较经验 do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 先看比较 hash 值是否相同，然后查看地址或 equals return e; // 假如当前节点e的键对象与key相同，那么返回 e } while ((e = e.next) != null); // 看看是否有下一个节点，如果有，继续下一轮比较，否则跳出循环 } } return null; // 树节点应该在比较后进行比较 或所有链表节点 没有匹配 key，那么就返回 null
相关面试题1.Map 常见的实现类有哪些？
答：Map 常见实现如下列表所示：
- Hashtable：Java 实现了早期提供的哈希表，线程安全，不支持 null 键和值，因为它的性能不如 ConcurrentHashMap，因此很少推荐使用；
- HashMap：如果程序中没有多线程的需求，最常用的哈希表就会实现，HashMap 这是一个很好的选择，支持 null 如果可以在多线程中使用键和值 ConcurrentHashMap 替代；
- TreeMap：一种基于红黑树的顺序访问 Map，自身实现了 key 自然排名，也可以指定 Comparator 定义排序；
- LinkedHashMap：HashMap 一个子类，保存了记录的插入顺序，可以在遍历时保持与插入相同的顺序。
答：HashMap 死循环问题可能发生在并发场景中，因为 HashMap 扩展时，链表将倒序。假设两个线程同时扩展，第一个线程正在执行 B→A 当第二个线程再次执行时 A→B ，这个时候就会出现 B→A→B 造成死循环的问题。解决方案：升级 JDK 版本，在 JDK 8 之后扩容不会倒序，所以死循环的问题有了很大的改善，但这不是最终的解决方案，因为 HashMap 它不是在多线程版本下使用的。如果可以使用多线程 ConcurrentHashMap 替代 HashMap。
3.以下说法是正确的？A：Hashtable 和 HashMap 都是非线程安全的B：ConcurrentHashMap 允许 null 作为 keyC：HashMap 允许 null 作为 keyD：Hashtable 允许 null 作为 key答：C题目分析：Hashtable 是线程安全，ConcurrentHashMap 和 Hashtable 是不允许 null 作为键和值。
4.TreeMap 如何实现基础 value 值倒序？答：使用 Collections.sort(list, new Comparator<Map.Entry<String, String>>() 实现自定义比较器，首先实现 TreeMap 转换为 ArrayList，在使用 Collections.sort() 根据 value 倒序，完整实现代码如下。
TreeMap<String, String> treeMap = new TreeMap();treeMap.put("dog", "dog");treeMap.put("camel", "camel");treeMap.put("cat", "cat");treeMap.put("ant", "ant");// map.entrySet() 转成 ListList<Map.Entry<String, String>> list = new ArrayList<>(treeMap.entrySet());// Collections通过比较器实现比较排序.sort(list, new Comparator<Map.Entry<String, String>>() { public int compare(Map.Entry<String, String> m1, Map.Entry<String, String> m2) { return m2.getValue().compareTo(m1.getValue()); }});// for打印结果 (Map.Entry<String, String> item : list) { System.out.println(item.getKey() + ":" + item.getValue());}
程序执行结果：
dog:dogcat:catcamel:camelant:ant
5.以下哪个 Set 实现自动排序？
A：LinedHashSetB：HashSetC：TreeSetD：AbstractSet
答：C
6.以下程序运行的结果是什么？
Hashtable hashtable = new Hashtable();hashtable.put("table", null);System.out.println(hashtable.get("table"));
答:程序执行报错:java.lang.NullPointerException。Hashtable 不允许 null 键和值。
7.HashMap 重要参数是什么？用途是什么？答：HashMap 容量有两个重要参数：容量（Capacity）和负载因子（LoadFactor）。
- 容量（Capacity）：是指 HashMap 默认情况下，中桶数量的初始值为 16。
- 负载因子（LoadFactor）：又称装载因子，LoadFactor 是用来判定 HashMap 默认值是否扩容的依据 0.75f，装载因子的计算公式 = HashMap 存放的 KV 总和（size）/ Capacity。
答：HashMap 和 Hashtable 区别如下：
- Hashtable 使用了 synchronized 确保线程安全的关键字， HashMap 非线程安全；
- HashMap 允许 K/V 都为 null，而 Hashtable K/V 都不允许 null；
- HashMap 继承自 AbstractMap 类；而 Hashtable 继承自 Dictionary 类。
答：当输入两个不同的值，根据相同的散列函数计算相同的散列值时，我们称之为碰撞（哈希碰撞）。
10.解决哈希冲突的方法有哪些？答：哈希冲突的常见解决方案如下 4 种。
- 开放定址法:关键词哈希地址 p=H（key）出现冲突时，以 p 在此基础上，生成另一个哈希地址 p1，如果 p1 还是冲突，然后再来 p 在此基础上，生成另一个哈希地址 p2，循环这个过程，直到找到一个不冲突的哈希地址，并将相应的元素存储在其中。
- 再哈希法：当哈希地址同时构建多个不同的哈希函数时，这种方法是 Hi=RH1（key）冲突发生时，再计算 Hi=RH2（key），这种方法唯一的缺点是增加了计算时间，直到找到一个不冲突的哈希地址。
- 链地址法：该方法的基本思想是将所有哈希地址作为 i 元素构成单链表，称为同义词链，单链表的头指针存在于哈希表的第一位 i 在单元中，搜索、插入和删除主要在同义词链中进行。链地址法适用于经常插入和删除。
- 建立公共溢出区：将哈希表分为基本表和溢出表两部分，所有与基本表发生冲突的元素均填写溢出表。
答：HashMap 使用链表和红黑树来解决哈希冲突，详见本文 put() 执行方法的过程。
12.HashMap 为什么是扩容？ 2^n ？答：这样做的目的是使散列更加均匀，从而减少哈希碰撞，从而提供代码执行效率。
13.如果有哈希冲突， HashMap 如何取值？答:如果有哈希冲突，HashMap 会循环链表中的每一项 key 进行 equals 对比，返回相应元素。相关源代码如下：
do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) // 先看比较 hash 值是否相同，然后查看地址或 equals return e; // 若当前节点 e 的键对象和 key 如果是一样的，那么返回 e} while ((e = e.next) != null); // 看看是否有下一个节点，如果有，继续下一轮比较，否则跳出循环
14.以下程序会输出什么结果？
class Person { private Integer age; public boolean equals(Object o) { if (o == null || !(o instanceof Person)) { return false; } else { return this.getAge().equals(((Person) o).getAge()); } } public int hashCode() { return age.hashCode(); } public Person(int age) { this.age = age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public Integer getAge() { return age; } public static void main(String[] args) { HashMap<Person, Integer> hashMap = new HashMap<>(); Person person = new Person(18); hashMap.put(person, 1); System.out.println(hashMap.get(new Person(18))); }}
答:1题目分析:因为 Person 重写了 equals 和 hashCode 方法，所有 person 对象和 new Person(18) 键值是一样的，所以结果是 1。
15.为什么重写？ equals() 一定要重写 hashCode()？答：因为 Java 规定，如果有两个对象 equals 比较相等(结果是 true），那么调用 hashCode 也必须是平等的。如果重写 equals() 但没有重写 hashCode()会违反规定，如以下代码(故意注释) hashCode 方法）：
class Person { private Integer age; public boolean equals(Object o) { if (o == null || !(o instanceof Person)) { return false; } else { return this.getAge().equals(((Person) o).getAge()); } }// public int hashCode() {// return age.hashCode();// } public Person(int age) { this.age = age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } public Integer getAge() { return age; } public static void main(String[] args) { Person p1 = new Person(18); Person p2 = new Person(18); System.out.println(p1.equals(p2)); System.out.println(p1.hashCode() + " : " + p2.hashCode()); }}
执行结果：
true21685669 : 2133927002
如果重写 hashCode() 之后，执行结果如下：
true18 : 18
这样就符合了 Java 因此，重写规定 equals() 一定要重写 hashCode()。
16.HashMap 在 JDK 7 使用多线程会导致哪些问题？答：HashMap 在 JDK 7 会导致死循环问题。因为在 JDK 7 中、多线程进行 HashMap 扩容会导致链表的循环引用，此时使用 get() 获取元素会导致死循环，导致 CPU 100% 的情况。
17.HashMap 在 JDK 7 和 JDK 8 有什么区别？答：HashMap 在 JDK 7 和 JDK 8 主要区别如下。
- 存储结构：JDK 7 使用的是数组 + 链表；JDK 8 使用的是数组 + 链表 + 红黑树。
- 存储数据的规则：JDK 7 无冲突时，存储数组；冲突时，存储链表；JDK 8 数组直接存储在没有冲突的情况下，当链表长度小于时 8 当链表长度大于单链表结构时，存储在单链表结构中 8 树化并存储在红黑树的数据结构中。
- 插入数据：JDK 7 使用头插法(先将原位置的数据移到后面 1 位置，然后将数据插入位置)；JDK 8 采用尾插法(直接插入链表尾/红黑树)。
本文可以理解：
- Map 常用实现类 Hashtable 是 Java 实现早期线程安全哈希表；
- HashMap 哈希表是最常用的，但它是非线程安全的，可以使用 ConcurrentHashMap 替代；
- TreeMap 哈希表是基于红黑树提供顺序访问的；
- LinkedHashMap 是 HashMap 一个子类，保存了记录的插入顺序，可以在遍历时保持与插入相同的顺序。
HashMap 在 JDK 7 在扩容过程中，可能会引起链表的循环引用 CPU 100%，HashMap 在 JDK 8 时数据结构变化为：数组 + 链表 + 当链表长度小于时，红黑树的存储方式直接存储在数组中，没有冲突。 8 当链表长度大于单链表结构时，存储在单链表结构中 8 时，树化并存储在红黑树的数据结构中。
湘公网安备43019002002060