面试刷题9:HashTable HashMap TreeMap的区别?

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map是广义集合的一部分。


我是李福春,我在准备面试,今天我们来回答:


HashTable,HashMap,TreeMap的区别?


共同点:都是Map的子类或者间接子类,以键值对的形式存储和操作数据。

区别如下表:

项目 线程安全 是否支持null键值 使用场景
HashTable 不支持 java早期hash实现,同步开销大不推荐被使用
HashMap 支持 大部分场景的首选put,get时间复杂度是常数级别
TreeMap 不支持 基于红黑树提供顺序访问的map,传入比较器来决定顺序,get,put,remove操作时间复杂度log(n)



下面分析一下面试官可能根据上面的问题进行一些扩展的点。

Map的类层级


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HashTable是java早期的hash实现,实现了Dictionary接口;
TreeMap是根据比较器来决定元素的顺序;
LinkedHashMap 按照插入的顺序来遍历。下面的代码是一个不经常使用的资源自动释放的例子。


package org.example.mianshi;

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

/**
 * 不常使用的资源被释放掉
 *
 */
public class App 
{
    public static void main( String[] args )
    {

        LinkedHashMap<String,String> linkedHashMap = new LinkedHashMap<String,String>(){

            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<String, String> eldest) {
                return size()>3;
            }
        };

        linkedHashMap.put("a","aaa");
        linkedHashMap.put("b","bbb");
        linkedHashMap.put("c","ccc");


        linkedHashMap.forEach((k,v)->System.out.println(k+" = " + v));


        System.out.println(linkedHashMap.get("a"));
        System.out.println(linkedHashMap.get("b"));
        System.out.println(linkedHashMap.get("c"));

        linkedHashMap.forEach((k,v)->System.out.println(k+" = " + v));

        linkedHashMap.put("d","ddd");

        System.out.println("=========");

        linkedHashMap.forEach((k,v)->System.out.println(k+" = " + v));


    }
}复制代码




HashMap的源码分析



数据结构:   Node[] table , 首先是一个数组,数组的元素是一个链表;

如下图: 数组叫做桶,数组的单个元素中的链表叫做bin; 



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put操作涉及的关键源码如下:



final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbent,boolean evit) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int , i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) = 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == ull)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, nll);
    else {
        // ...
        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for first 
           treeifyBin(tab, hash);
        //  ... 
     }
}
复制代码


路由规则:

key计算hash值, hash值%数组长度= 数组的索引;  通过索引找到对应的数组元素,如果hash值相同,则在该链表上继续扩展。

如果链表的大小超过阈值,则链表会被树化。


hashMap的hash值的计算:


static final int hash(Object kye) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>>16;
}复制代码


这么设置算法是为了降低hash碰撞的概率,数据计算出来的hash值差异一般是在高位,上面的代码是忽略容量以上的高位(进行了位移)。

扩容逻辑


final Node<K,V>[] resize() {
    // ...
    else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACIY &&
                oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPAITY)
        newThr = oldThr << 1; // double there
       // ... 
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {  
        // zero initial threshold signifies using defaultsfults
        newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPAITY;
        newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_ATOR* DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    }
    if (newThr ==0) {
        float ft = (float)newCap * loadFator;
        newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
    }
    threshold = neThr;
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newap];
    table = n;
    // 移动到新的数组结构e数组结构 
   }
复制代码


如果没指定容量和负载因子,按照默认的负载因子和容量初始化;
门阀值=容量 * 负载因子,门阀值按照倍数扩容
扩容后,会把老的数组中的元素复制到新的数组,这是扩容开销的主要来源;

树化



final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
    int n, index; Node<K,V> e;
    if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        resize();
    else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
        //树化改造逻辑
    }
}
复制代码


哈希碰撞:元素在放入hashmap的过程中,如果一个对象hash冲突,妒被放置到同一个桶里面,会形成一个链表,链表的存取耗费性能,无法达到常数级别的时间复杂度;如果大量的hash冲突,则会形成一个长链表,如果客户端跟这些数据交互频繁,则会占用大量的cpu,导致服务器宕机拒绝服务。


树化的目的是:为了安全,减少hash冲突;


小结

先从线程安全,是否允许null键值,使用场景方面说出来HashTable,HashMap,TreeMap的区别。

然后扩展到了Map的类层级,分析了面试官喜欢问的hashmap的数据结构,hash值计算,扩容,树化问题。


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