Java Map 键值对 面试常见问题

image-20200610140517373

先上一张UML图,可以清晰的捋一捋几个常用Map的关系

特性:

• Map主要存储Key Value 键值对的数据结构

  HashMap

  • 根据键的hashCode值存储数据,具有很快的访问速度

  • HashMap最多只允许一条记录的键为null，允许多条记录的值为null。

  • HashMap非线程安全

  LinkedHashMap

  • 继承HaseMap

  • 记录了插入数据,迭代的时候的先入先出

  HashTable

  • 遗留类,很多特性和HashTable一致

  • 继承自Dictionary类，并且是线程安全(并发性不如ConcurrentHashMap,ConcurrentHashMap引入的是分段锁)

  • 不建议使用

  TreeMap

  • 实现SortedMap接口

  • key需要实现Comparable接口,否则抛java.lang.ClassCastException异常

JDK1.8 引入红黑树的数据结构和扩容的优化

• Map底层的数据是 数组+列表+红黑树

• HashMap非常重要的一个属性就是Node[] table

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
     final int hash; //索引位置
     final K key;  //map key Map存储数据时,key存在即覆盖
     V value; //map 存储的值
     Node<K,V> next; //列表的下一个node
     //Node[] 是hashMap的内部类
     Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
     this.hash = hash;
     this.key = key;
     this.value = value;
     this.next = next;
     }
     ......
     }

HashMap的pul方法源码分析

        /**
         * Implements Map.put and related methods.
         *
         * @param hash hash for key
         * @param key the key
         * @param value the value to put
         * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
         * @param evict if false, the table is in creation mode. 
         * @return previous value, or null if none
         */
         final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
         boolean evict) {
         Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
         //1.判断table为空就创建
         if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
         n = (tab = resize()).length;
         //2.拆分if左边条件得出 tab[i=(table.length-1)&hash] 结果在[0 ~ 「table.length-1」] 
         //tba[x「0~(n-1)」] 取出Node p == null 直接添加Node到Map中
         if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
         tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
         else {  //tba[x「0~(n-1)」] 取出Node p != null
         Node<K,V> e; K k;
         //3.如果 p 不为空，且 p 的 key 与要 put() 进来的 key 一致，则把 e 的值替换成要 put() 进来的值。
         if (p.hash == hash &&
         ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
         e = p;
         //4.判断该链是否为红黑树
         else if (p instanceof TreeNode)
         e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
         else {  //5.该链为链表
         for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
         if ((e = p.next) == null) {
         p.next = newNode(hash, key, value, null);
         //链表长度大于8转换为红黑树
         if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
         treeifyBin(tab, hash);
         break;
         }
         //key已经存在,直接覆盖
         if (e.hash == hash &&
         ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
         break;
         p = e;
         }
         }

         if (e != null) { // existing mapping for key
         V oldValue = e.value;
         if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
         e.value = value;
         afterNodeAccess(e);
         return oldValue;
         }
         }
         ++modCount;
         //超过最大容量就扩容 resize()原理是新建一个大容量数组,而非修改当前引用对象的长度
         if (++size > threshold)
         resize();
         afterNodeInsertion(evict);
         return null;
         }

HashMap内存样图

image.png

Structure结构图呢可以看出来,HashMap实现了Map类的put方法,并将相关操作封装到私有的putVal()方法里面了
好好分析一下put方法,因为这个方法涉及列表和红黑树以及扩容,值得重点关注

image-20200610144140126

以上算是好好的研究了一下HashMap的特性,jdk1.8才引入红黑树等优化特性,以及hash碰撞也优化了算法,数据分布均匀呢对效率也有所提升,如果对这里Map结构还有深挖的兴趣呢可以继续挖下去,比如扩容和分段锁,红黑树这些点也还是蛮不错.