Java面试知识点（一）hashmap、hashtable和hashset

红太狼 2021-09-23 00:28 272阅读 0赞

### 1. 关于 HashMap 的一些说法： ###

a) HashMap 实际上是一个 “链表散列” 的数据结构，即数组和链表的结合体。HashMap 的底层结构是一个数组，数组中的每一项是一条链表。

b) HashMap 的实例有俩个参数影响其性能： “初始容量” 和 装填因子。

c) HashMap 实现不同步，线程不安全。 HashTable 线程安全

d) HashMap 中的 key-value 都是存储在 Entry 中的。

e) HashMap 可以存 null 键和 null 值，不保证元素的顺序恒久不变，它的底层使用的是数组和链表，通过 hashCode () 方法和 equals 方法保证键的唯一性

f) 解决冲突主要有三种方法：定址法，拉链法，再散列法。HashMap 是采用拉链法解决哈希冲突的。

注：  
链表法是将相同 hash 值的对象组成一个链表放在 hash 值对应的槽位；

用开放定址法解决冲突的做法是：当冲突发生时，使用某种探查 (亦称探测) 技术在散列表中形成一个探查 (测) 序列。 沿此序列逐个单元地查找，直到找到给定 的关键字，或者碰到一个开放的地址 (即该地址单元为空) 为止（若要插入，在探查到开放的地址，则可将待插入的新结点存人该地址单元）。

拉链法解决冲突的做法是： 将所有关键字为同义词的结点链接在同一个单链表中 。若选定的散列表长度为 m，则可将散列表定义为一个由 m 个头指针组成的指针数 组 T \[0…m-1\]。凡是散列地址为 i 的结点，均插入到以 T \[i\] 为头指针的单链表中。T 中各分量的初值均应为空指针。在拉链法中，装填因子 α 可以大于 1，但一般均取 α≤1。拉链法适合未规定元素的大小。

### 2. Hashtable 和 HashMap 的区别： ###

HashMap 是 Hashtable 的轻量级实现（非线程安全的实现），他们都完成了 Map 接口。主要的区别有：线程安全性，同步 (synchronization)，以及速度。

a) 继承不同。

public class Hashtable extends Dictionary implements Map

public class HashMap extends AbstractMap implements Map

b) Hashtable 中的方法是同步的，而 HashMap 中的方法在缺省情况下是非同步的。在多线程并发的环境下，可以直接使用 Hashtable，但是要使用 HashMap 的话就要自己增加同步处理了。

c) Hashtable 中， key 和 value 都不允许出现 null 值。 在 HashMap 中， null 可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为 null 。当 get() 方法返回 null 值时，即可以表示 HashMap 中没有该键，也可以表示该键所对应的值为 null 。因此，在 HashMap 中不能由 get() 方法来判断 HashMap 中是否存在某个键， 而应该用 containsKey() 方法来判断。

d) 两个遍历方式的内部实现上不同。Hashtable、HashMap 都使用了 Iterator。而由于历史原因，Hashtable 还使用了 Enumeration 的方式 。

e) 哈希值的使用不同，HashTable 直接使用对象的 hashCode。而 HashMap 重新计算 hash 值。

f) Hashtable 和 HashMap 它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTable 中 hash 数组默认大小是 11，增加的方式是 old\*2+1。HashMap 中 hash 数组的默认大小是 16，而且一定是 2 的指数。

注： HashSet 子类依靠 hashCode () 和 equal () 方法来区分重复元素。

HashSet 内部使用 Map 保存数据，即将 HashSet 的数据作为 Map 的 key 值保存，这也是 HashSet 中元素不能重复的原因。而 Map 中保存 key 值的，会去判断当前 Map 中是否含有该 Key 对象，内部是先通过 key 的 hashCode, 确定有相同的 hashCode 之后，再通过 equals 方法判断是否相同。

### 3. hashmap和hashtable源码分析 ###

//HashMap的源码
    public class HashMap<K,V>
        extends AbstractMap<K,V>
        implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
    
    //Hashtable的源码
    public class Hashtable<K,V>
        extends Dictionary<K,V>
        implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

很明显，都实现了Map接口

public V put(K key, V value) //HashMap的put方法，没有同步
     
    public synchronized V put(K key, V value) //Hashtable的put方法
    //当然，Hashtable的其他方法，如get，size，remove等方法，
    //都加了synchronized关键词同步操作

在多线程编程中，synchronized 关键字非常常见，当我们需要进行 “同步” 操作时，我们很多时候需要该该关键字对代码块或者方法进行锁定。被 synchronized 锁定的代码块，只能同时有一条线程访问该代码块。

// Make sure the value is not null
    if (value == null) { 
        throw new NullPointerException();
    }
     
    //那么，我们再来看下HashMap的put方法中，有如下语句
    //调用某个方法直接把key为null，值为value的键值对插入进去。
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);

//以下是Hashtable的方法
    public synchronized boolean contains(Object value)
    public synchronized boolean containsKey(Object key)
    public boolean containsValue(Object value)
     
    //以下是HashMap中的方法，注意，没有contains方法，
    //HashMap 把 Hashtable 的 contains 方法去掉了，改成 containsvalue 和 containsKey。因为 contains 方法容易让人引起误解。 
    public boolean containsKey(Object key)
    public boolean containsValue(Object value)

### 4. HashSet ###

HashSet 实现了 Set 接口，它不允许集合中有重复的值，当我们提到 HashSet 时，第一件事情就是在将对象存储在 HashSet 之前，要先确保对象重写 equals () 和 hashCode () 方法，这样才能比较对象的值是否相等，以确保 set 中没有储存相等的对象。如果我们没有重写这两个方法，将会使用这个方法的默认实现。

public boolean add (Object o) 方法用来在 Set 中添加元素，当元素值重复时则会立即返回 false，如果成功添加的话会返回 true。

HashSet 内部使用 Map 保存数据，即将 HashSet 的数据作为 Map 的 key 值保存，这也是 HashSet 中元素不能重复的原因。而 Map 中保存 key 值前，会去判断当前 Map 中是否含有该 key 对象，内部是先通过 key 的 hashCode，确定有相同的 hashCode 之后，再通过 equals 方法判断是否相同。

散列码是由对象导出的一个整数值。在 Object 中有一个 hashCode 方法来得到散列码。基本上，每一个对象都有一个默认的散列码，其值就是对象的内存地址。但也有一些对象的散列码不同，比如 String 对象，它的散列码是对内容的计算结果

String s=new String ("OK");// 散列码: 3030 
    String t="Ok"; // 散列码: 3030 
    StringBuffer sb=new StringBuffer (s); // 散列码：20526976 
    StringBuffer tb=new StringBuffer (t); // 散列码：20527144

注意：  
HashSet 要求不能存储相同的对象，HashMap 要求不能存储相同的键

### 5. java中判断相同的根据——hashcode()和equal() ###

在 Java 中任何一个对象都具备 **equals (Object obj) 和 hashcode ()** 这两个方法，因为他们是在 **Object 类**中定义的。 equals (Object obj) 方法用来判断两个对象是否 “相同”，如果 “相同” 则返回 true，否则返回 false。 hashcode () 方法返回一个 int 数，在 Object 类中的默认实现是 “将该对象的内部地址转换成一个整数返回”。

规范 1：若重写 equals (Object obj) 方法，有必要重写 hashcode () 方法，确保通过 equals (Object obj) 方法判断结果为 true 的两个对象具备相等的 hashcode () 返回值。说得简单点就是：“如果两个对象相同，那么他们的 hashcode 应该 相等”。(注意不是强制)

规范 2：如果 equals (Object obj) 返回 false，即两个对象 “不相同”，并不要求对这两个对象调用 hashcode () 方法得到两个不相同的数。说的简单点就是：“如果两个对象不相同，他们的 hashcode 可能相同”。

推论：  
1、如果两个对象 equals，Java 运行时环境会认为他们的 hashcode 一定相等。 2、如果两个对象不 equals，他们的 hashcode 有可能相等。  
3、如果两个对象 hashcode 相等，他们不一定 equals。  
4、如果两个对象 hashcode 不相等，他们一定不 equals。

因为hashmap要求键值不能相同，java判断是否相同，先调用hashcode()判断hash值是否相同，在调用equal来判断

示例

public class Test { 
        public static void main(String[] args) { 
            Map<Xsj,Integer> test1 = new HashMap<>();
    
            test1.put(new Xsj(),1);
            test1.put(new Xsj(),2);
    
            System.out.println(test1.size());
        }
    }

重写xsj类的hashcode方法和equal方法，map的size会出现不同的变化

public class Xsj { 
        @Override
        public int hashCode() { 
            return 1;
        }
    
        @Override
        public boolean equals(Object obj) { 
            return false;
        }
    }

当equal方法返回false的时候，size为2，当返回true的时候，size为1，因为hashmap的键值不能相同，当equal和hashcode全部相同的时候，java认为这是同一个值，就不会插入两次。

### 6.关于equal和 == ###

1.  ‘==’ 是用来比较两个变量（基本类型和对象类型）的值是否相等的， 如果两个变量是**基本类型**的，那很容易，直接**比较值**就可以了。如果两个变量是**对象类型**的，那么它还是比较值，只是它比较的是这**两个对象在栈中的引用（即地址）**。
2.  对象是放在堆中的，栈中存放的是对象的引用（地址），由此可见 ‘==’ 是对栈中的值进行比较的。如果要比较堆中对象的内容是否相同，那么就要重写 equals 方法了。
3.  Object 类中的 equals 方法就是用 ‘==’ 来比较的，所以如果没有重写 equals 方法（string是重写了equal方法的），equals 和 == 是等价的。 通常我们会重写 equals 方法，让 equals 比较两个对象的内容，而不是比较对象的引用（地址）因为往往我们觉得比较对象的内容是否相同比比较对象的引用（地址）更有意义。
4.  Object 类中的 hashCode 是返回对象在内存中地址转换成的一个 int 值（可以就当做地址看）。所以如果没有重写 hashCode 方法，任何对象的 hashCode 都是不相等的。通常在集合类的时候需要重写 hashCode 方法和 equals 方法，因为如果需要给集合类（比如：HashSet）添加对象，那么在添加之前需要查看给集合里是否已经有了该对象，比较好的方式就是用 hashCode。
5.  注意的是 String、Integer、Boolean、Double 等这些类都重写了 equals 和 hashCode 方法，这两个方法是根据对象的内容来比较和计算 hashCode 的。（详细可以查看 jdk 下的 String.java 源代码），所以只要对象的基本类型值相同，那么 hashcode 就一定相同。

**在 object 类中，hashcode () 方法是本地方法，返回的是对象的引用（地址值）**

总的来说，Java 中的集合（Collection）有两类，一类是 List，再有一类是 Set。你知道它们的区别吗？前者集合内的元素是有序的，元素可以重复；后者元素无序，但元素不可重复。那么这里就有一个比较严重的问题了：要想保证元素不重复，可两个元素是否重复应该依据什么来判断呢？这就是 Object.equals 方法了。但是，如果每增加一个元素就检查一次，那么当元素很多时，后添加到集合中的元素比较的次数就非常多了。也就是说，如果集合中现在已经有 1000 个元素，那么第 1001 个元素加入集合时，它就要调用 1000 次 equals 方法。这显然会大大降低效率。 于是，Java 采用了哈希表的原理。哈希（Hash）实际上是个人名，由于他提出一哈希算法的概念，所以就以他的名字命名了。哈希算法也称为散列算法，是将数据依特定算法直接指定到一个地址上。如果详细讲解哈希算法，那需要更多的文章篇幅，我在这里就不介绍了。初学者可以这样理解，hashCode 方法实际上返回的就是对象存储的物理地址（实际可能并不是）。 **这样一来，当集合要添加新的元素时，先调用这个元素的 hashCode 方法，就一下子能定位到它应该放置的物理位置上。如果这个位置上没有元素，它就可以直接存储在这个位置上，不用再进行任何比较了**；如果这个位置上已经有元素了，就调用它的 equals 方法与新元素进行比较，相同的话就不存了，不相同就散列其它的地址。所以这里存在一个冲突解决的问题。这样一来实际调用 equals 方法的次数就大大降低了，几乎只需要一两次。 所以，Java 对于 eqauls 方法和 hashCode 方法是这样规定的：1、如果两个对象相同，那么它们的 hashCode 值一定要相同；2、如果两个对象的 hashCode 相同，它们并不一定相同 上面说的对象相同指的是用 eqauls 方法比较。