HashMap底層實現原理/HashMap與HashTable區別/HashMap與HashSet區別

①HashMap的工作原理

HashMap基於hashing原理，我們通過put()和get()方法儲存和獲取物件。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它呼叫鍵物件的hashCode()方法來計算hashcode，讓後找到bucket位置來儲存值物件。當獲取物件時，通過鍵物件的equals()方法找到正確的鍵值對，然後返回值物件。HashMap使用連結串列來解決碰撞問題，當發生碰撞了，物件將會儲存在連結串列的下一個節點中。 HashMap在每個連結串列節點中儲存鍵值對物件。

當兩個不同的鍵物件的hashcode相同時會發生什麼？ 它們會儲存在同一個bucket位置的連結串列中。鍵物件的equals()方法用來找到鍵值對。

因為HashMap的好處非常多，我曾經在電子商務的應用中使用HashMap作為快取。因為金融領域非常多的運用Java，也出於效能的考慮，我們會經常用到HashMap和ConcurrentHashMap。

②HashMap和Hashtable的區別

HashMap和Hashtable都實現了Map介面，但決定用哪一個之前先要弄清楚它們之間的分別。主要的區別有：執行緒安全性，同步(synchronization)，以及速度。

1. HashMap幾乎可以等價於Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，並可以接受null(HashMap可以接受為null的鍵值(key)和值(value)，而Hashtable則不行)。
2. HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，這意味著Hashtable是執行緒安全的，多個執行緒可以共享一個Hashtable；而如果沒有正確的同步的話，多個執行緒是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的擴充套件性更好。
3. 另一個區別是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以當有其它執行緒改變了HashMap的結構（增加或者移除元素），將會丟擲ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素則不會丟擲ConcurrentModificationException異常。但這並不是一個一定發生的行為，要看JVM。這條同樣也是Enumeration和Iterator的區別。
4. 由於Hashtable是執行緒安全的也是synchronized，所以在單執行緒環境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要單一執行緒，那麼使用HashMap效能要好過Hashtable。
5. HashMap不能保證隨著時間的推移Map中的元素次序是不變的。

要注意的一些重要術語：

1) sychronized意味著在一次僅有一個執行緒能夠更改Hashtable。就是說任何執行緒要更新Hashtable時要首先獲得同步鎖，其它執行緒要等到同步鎖被釋放之後才能再次獲得同步鎖更新Hashtable。

2) Fail-safe和iterator迭代器相關。如果某個集合物件建立了Iterator或者ListIterator，然後其它的執行緒試圖“結構上”更改集合物件，將會丟擲ConcurrentModificationException異常。但其它執行緒可以通過set()方法更改集合物件是允許的，因為這並沒有從“結構上”更改集合。但是假如已經從結構上進行了更改，再呼叫set()方法，將會丟擲IllegalArgumentException異常。

3) 結構上的更改指的是刪除或者插入一個元素，這樣會影響到map的結構。

我們能否讓HashMap同步？

HashMap可以通過下面的語句進行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

結論

Hashtable和HashMap有幾個主要的不同：執行緒安全以及速度。僅在你需要完全的執行緒安全的時候使用Hashtable，而如果你使用Java 5或以上的話，請使用ConcurrentHashMap吧。

ashMap和HashSet的區別是Java面試中最常被問到的問題。如果沒有涉及到Collection框架以及多執行緒的面試，可以說是不完整。而Collection框架的問題不涉及到HashSet和HashMap，也可以說是不完整。HashMap和HashSet都是collection框架的一部分，它們讓我們能夠使用物件的集合。collection框架有自己的介面和實現，主要分為Set介面，List介面和Queue介面。它們有各自的特點，Set的集合裡不允許物件有重複的值，List允許有重複，它對集合中的物件進行索引，Queue的工作原理是FCFS演算法(First Come, First Serve)。

首先讓我們來看看什麼是HashMap和HashSet，然後再來比較它們之間的分別。

③HashMap和HashSet的區別

HashMap和HashSet的區別是Java面試中最常被問到的問題。如果沒有涉及到Collection框架以及多執行緒的面試，可以說是不完整。而Collection框架的問題不涉及到HashSet和HashMap，也可以說是不完整。HashMap和HashSet都是collection框架的一部分，它們讓我們能夠使用物件的集合。collection框架有自己的介面和實現，主要分為Set介面，List介面和Queue介面。它們有各自的特點，Set的集合裡不允許物件有重複的值，List允許有重複，它對集合中的物件進行索引，Queue的工作原理是FCFS演算法(First Come, First Serve)。

首先讓我們來看看什麼是HashMap和HashSet，然後再來比較它們之間的分別。

什麼是HashSet

HashSet實現了Set介面，它不允許集合中有重複的值，當我們提到HashSet時，第一件事情就是在將物件儲存在HashSet之前，要先確保物件重寫equals()和hashCode()方法，這樣才能比較物件的值是否相等，以確保set中沒有儲存相等的物件。如果我們沒有重寫這兩個方法，將會使用這個方法的預設實現。

public boolean add(Object o)方法用來在Set中新增元素，當元素值重複時則會立即返回false，如果成功新增的話會返回true。

什麼是HashMap

HashMap實現了Map介面，Map介面對鍵值對進行對映。Map中不允許重複的鍵。Map介面有兩個基本的實現，HashMap和TreeMap。TreeMap儲存了物件的排列次序，而HashMap則不能。HashMap允許鍵和值為null。HashMap是非synchronized的，但collection框架提供方法能保證HashMap synchronized，這樣多個執行緒同時訪問HashMap時，能保證只有一個執行緒更改Map。

public Object put(Object Key,Object value)方法用來將元素新增到map中。

HashSet和HashMap的區別

④面試題

HashMap的工作原理是近年來常見的Java面試題。幾乎每個Java程式設計師都知道HashMap，都知道哪裡要用HashMap，知道Hashtable和HashMap之間的區別，那麼為何這道面試題如此特殊呢？是因為這道題考察的深度很深。這題經常出現在高階或中高階面試中。投資銀行更喜歡問這個問題，甚至會要求你實現HashMap來考察你的程式設計能力。ConcurrentHashMap和其它同步集合的引入讓這道題變得更加複雜。讓我們開始探索的旅程吧！

“你用過HashMap嗎？” “什麼是HashMap？你為什麼用到它？”

幾乎每個人都會回答“是的”，然後回答HashMap的一些特性，譬如HashMap可以接受null鍵值和值，而Hashtable則不能；HashMap是非synchronized;HashMap很快；以及HashMap儲存的是鍵值對等等。這顯示出你已經用過HashMap，而且對它相當的熟悉。但是面試官來個急轉直下，從此刻開始問出一些刁鑽的問題，關於HashMap的更多基礎的細節。面試官可能會問出下面的問題：

“你知道HashMap的工作原理嗎？” “你知道HashMap的get()方法的工作原理嗎？”

你也許會回答“我沒有詳查標準的Java API，你可以看看Java原始碼或者Open JDK。”“我可以用Google找到答案。”

但一些面試者可能可以給出答案，“HashMap是基於hashing的原理，我們使用put(key, value)儲存物件到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取物件。當我們給put()方法傳遞鍵和值時，我們先對鍵呼叫hashCode()方法，返回的hashCode用於找到bucket位置來儲存Entry物件。”這裡關鍵點在於指出，HashMap是在bucket中儲存鍵物件和值物件，作為Map.Entry。這一點有助於理解獲取物件的邏輯。如果你沒有意識到這一點，或者錯誤的認為僅僅只在bucket中儲存值的話，你將不會回答如何從HashMap中獲取物件的邏輯。這個答案相當的正確，也顯示出面試者確實知道hashing以及HashMap的工作原理。但是這僅僅是故事的開始，當面試官加入一些Java程式設計師每天要碰到的實際場景的時候，錯誤的答案頻現。下個問題可能是關於HashMap中的碰撞探測(collision detection)以及碰撞的解決方法：

“當兩個物件的hashcode相同會發生什麼？” 從這裡開始，真正的困惑開始了，一些面試者會回答因為hashcode相同，所以兩個物件是相等的，HashMap將會丟擲異常，或者不會儲存它們。然後面試官可能會提醒他們有equals()和hashCode()兩個方法，並告訴他們兩個物件就算hashcode相同，但是它們可能並不相等。一些面試者可能就此放棄，而另外一些還能繼續挺進，他們回答“因為hashcode相同，所以它們的bucket位置相同，‘碰撞’會發生。因為HashMap使用連結串列儲存物件，這個Entry(包含有鍵值對的Map.Entry物件)會儲存在連結串列中。”這個答案非常的合理，雖然有很多種處理碰撞的方法，這種方法是最簡單的，也正是HashMap的處理方法。但故事還沒有完結，面試官會繼續問：

“如果兩個鍵的hashcode相同，你如何獲取值物件？” 面試者會回答：當我們呼叫get()方法，HashMap會使用鍵物件的hashcode找到bucket位置，然後獲取值物件。面試官提醒他如果有兩個值物件儲存在同一個bucket，他給出答案:將會遍歷連結串列直到找到值物件。面試官會問因為你並沒有值物件去比較，你是如何確定確定找到值物件的？除非面試者直到HashMap在連結串列中儲存的是鍵值對，否則他們不可能回答出這一題。

其中一些記得這個重要知識點的面試者會說，找到bucket位置之後，會呼叫keys.equals()方法去找到連結串列中正確的節點，最終找到要找的值物件。完美的答案！

許多情況下，面試者會在這個環節中出錯，因為他們混淆了hashCode()和equals()方法。因為在此之前hashCode()屢屢出現，而equals()方法僅僅在獲取值物件的時候才出現。一些優秀的開發者會指出使用不可變的、宣告作final的物件，並且採用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生，提高效率。不可變性使得能夠快取不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取物件的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇。

如果你認為到這裡已經完結了，那麼聽到下面這個問題的時候，你會大吃一驚。“如果HashMap的大小超過了負載因子(load factor)定義的容量，怎麼辦？”除非你真正知道HashMap的工作原理，否則你將回答不出這道題。預設的負載因子大小為0.75，也就是說，當一個map填滿了75%的bucket時候，和其它集合類(如ArrayList等)一樣，將會建立原來HashMap大小的兩倍的bucket陣列，來重新調整map的大小，並將原來的物件放入新的bucket陣列中。這個過程叫作rehashing，因為它呼叫hash方法找到新的bucket位置。

如果你能夠回答這道問題，下面的問題來了：“你瞭解重新調整HashMap大小存在什麼問題嗎？”你可能回答不上來，這時面試官會提醒你當多執行緒的情況下，可能產生條件競爭(race condition)。

當重新調整HashMap大小的時候，確實存在條件競爭，因為如果兩個執行緒都發現HashMap需要重新調整大小了，它們會同時試著調整大小。在調整大小的過程中，儲存在連結串列中的元素的次序會反過來，因為移動到新的bucket位置的時候，HashMap並不會將元素放在連結串列的尾部，而是放在頭部，這是為了避免尾部遍歷(tail traversing)。如果條件競爭發生了，那麼就死迴圈了。這個時候，你可以質問面試官，為什麼這麼奇怪，要在多執行緒的環境下使用HashMap呢？：）

熱心的讀者貢獻了更多的關於HashMap的問題：

1. 為什麼String, Interger這樣的wrapper類適合作為鍵？ String, Interger這樣的wrapper類作為HashMap的鍵是再適合不過了，而且String最為常用。因為String是不可變的，也是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。其他的wrapper類也有這個特點。不可變性是必要的，因為為了要計算hashCode()，就要防止鍵值改變，如果鍵值在放入時和獲取時返回不同的hashcode的話，那麼就不能從HashMap中找到你想要的物件。不可變性還有其他的優點如執行緒安全。如果你可以僅僅通過將某個field宣告成final就能保證hashCode是不變的，那麼請這麼做吧。因為獲取物件的時候要用到equals()和hashCode()方法，那麼鍵物件正確的重寫這兩個方法是非常重要的。如果兩個不相等的物件返回不同的hashcode的話，那麼碰撞的機率就會小些，這樣就能提高HashMap的效能。
2. 我們可以使用自定義的物件作為鍵嗎？ 這是前一個問題的延伸。當然你可能使用任何物件作為鍵，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定義規則，並且當物件插入到Map中之後將不會再改變了。如果這個自定義物件時不可變的，那麼它已經滿足了作為鍵的條件，因為當它建立之後就已經不能改變了。
3. 我們可以使用CocurrentHashMap來代替Hashtable嗎？這是另外一個很熱門的面試題，因為ConcurrentHashMap越來越多人用了。我們知道Hashtable是synchronized的，但是ConcurrentHashMap同步效能更好，因為它僅僅根據同步級別對map的一部分進行上鎖。ConcurrentHashMap當然可以代替HashTable，但是HashTable提供更強的執行緒安全性。看看這篇部落格檢視Hashtable和ConcurrentHashMap的區別。

我個人很喜歡這個問題，因為這個問題的深度和廣度，也不直接的涉及到不同的概念。讓我們再來看看這些問題設計哪些知識點：

• hashing的概念
• HashMap中解決碰撞的方法
• equals()和hashCode()的應用，以及它們在HashMap中的重要性
• 不可變物件的好處
• HashMap多執行緒的條件競爭
• 重新調整HashMap的大小

轉自：原文連結： Javarevisited 翻譯： ImportNew.com - 唐小娟

譯文連結： http://www.importnew.com/7099.html

轉載自：https://www.cnblogs.com/beatIteWeNerverGiveUp/p/5709841.html