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

文章來源：http://www.cnblogs.com/beatIteWeNerverGiveUp/p/5709841.html

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①HashMap的工作原理

HashMap基于hashing原理，我們通過put()和get()方法儲存和獲取對象。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode，讓后找到bucket位置來儲存值對象。當獲取對象時，通過鍵對象的equals()方法找到正確的鍵值對，然后返回值對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題，當發生碰撞了，對象將會儲存在鏈表的下一個節點中。 HashMap在每個鏈表節點中儲存鍵值對對象。

當兩個不同的鍵對象的hashcode相同時會發生什么？ 它們會儲存在同一個bucket位置的鏈表中。鍵對象的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作為緩存。因為金融領域非常多的運用Java，也出于性能的考慮，我們會經常用到HashMap和ConcurrentHashMap。

②HashMap和Hashtable的區別

HashMap和Hashtable都實現了Map接口，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：線程安全性，同步(synchronization)，以及速度。

HashMap幾乎可以等價于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并可以接受null(HashMap可以接受為null的鍵值(key)和值(value)，而Hashtable則不行)。

HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，這意味著Hashtable是線程安全的，多個線程可以共享一個Hashtable；而如果沒有正確的同步的話，多個線程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的擴展性更好。

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。所以當有其它線程改變了HashMap的結構（增加或者移除元素），將會拋出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素則不會拋出ConcurrentModificationException異常。但這并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。

由于Hashtable是線程安全的也是synchronized，所以在單線程環境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要單一線程，那么使用HashMap性能要好過Hashtable。

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線程能夠更改Hashtable。就是說任何線程要更新Hashtable時要首先獲得同步鎖，其它線程要等到同步鎖被釋放之后才能再次獲得同步鎖更新Hashtable。

2) Fail-safe和iterator迭代器相關。如果某個集合對象創建了Iterator或者ListIterator，然后其它的線程試圖“結構上”更改集合對象，將會拋出ConcurrentModificationException異常。但其它線程可以通過set()方法更改集合對象是允許的，因為這并沒有從“結構上”更改集合。但是假如已經從結構上進行了更改，再調用set()方法，將會拋出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：線程安全以及速度。僅在你需要完全的線程安全的時候使用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框架以及多線程的面試，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對象的集合。collection框架有自己的接口和實現，主要分為Set接口，List接口和Queue接口。它們有各自的特點，Set的集合里不允許對象有重復的值，List允許有重復，它對集合中的對象進行索引，Queue的工作原理是FCFS算法(First Come, First Serve)。

首先讓我們來看看什么是HashMap和HashSet，然后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框架以及多線程的面試，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對象的集合。collection框架有自己的接口和實現，主要分為Set接口，List接口和Queue接口。它們有各自的特點，Set的集合里不允許對象有重復的值，List允許有重復，它對集合中的對象進行索引，Queue的工作原理是FCFS算法(First Come, First Serve)。

首先讓我們來看看什么是HashMap和HashSet，然后再來比較它們之間的分別。

什么是HashSet

HashSet實現了Set接口，它不允許集合中有重復的值，當我們提到HashSet時，第一件事情就是在將對象存儲在HashSet之前，要先確保對象重寫equals()和hashCode()方法，這樣才能比較對象的值是否相等，以確保set中沒有儲存相等的對象。如果我們沒有重寫這兩個方法，將會使用這個方法的默認實現。

public boolean add(Object o)方法用來在Set中添加元素，當元素值重復時則會立即返回false，如果成功添加的話會返回true。

什么是HashMap

HashMap實現了Map接口，Map接口對鍵值對進行映射。Map中不允許重復的鍵。Map接口有兩個基本的實現，HashMap和TreeMap。TreeMap保存了對象的排列次序，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，這樣多個線程同時訪問HashMap時，能保證只有一個線程更改Map。

public Object put(Object Key,Object value)方法用來將元素添加到map中。

HashSet和HashMap的區別

*HashMap*	*HashSet*
HashMap實現了Map接口	HashSet實現了Set接口
HashMap儲存鍵值對	HashSet僅僅存儲對象
使用put()方法將元素放入map中	使用add()方法將元素放入set中
HashMap中使用鍵對象來計算hashcode值	HashSet使用成員對象來計算hashcode值，對于兩個對象來說hashcode可能相同，所以equals()方法用來判斷對象的相等性，如果兩個對象不同的話，那么返回false
HashMap比較快，因為是使用唯一的鍵來獲取對象	HashSet較HashMap來說比較慢

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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程序員都知道HashMap，都知道哪里要用HashMap，知道Hashtable和HashMap之間的區別，那么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。這題經常出現在高級或中高級面試中。投資銀行更喜歡問這個問題，甚至會要求你實現HashMap來考察你的編程能力。ConcurrentHashMap和其它同步集合的引入讓這道題變得更加復雜。讓我們開始探索的旅程吧！

“你用過HashMap嗎？” “什么是HashMap？你為什么用到它？”

幾乎每個人都會回答“是的”，然后回答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鉆的問題，關于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源代碼或者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是基于hashing的原理，我們使用put(key, value)存儲對象到HashMap中，使用get(key)從HashMap中獲取對象。當我們給put()方法傳遞鍵和值時，我們先對鍵調用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置來儲存Entry對象。”這里關鍵點在于指出，HashMap是在bucket中儲存鍵對象和值對象，作為Map.Entry。這一點有助于理解獲取對象的邏輯。如果你沒有意識到這一點，或者錯誤的認為僅僅只在bucket中存儲值的話，你將不會回答如何從HashMap中獲取對象的邏輯。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程序員每天要碰到的實際場景的時候，錯誤的答案頻現。下個問題可能是關于HashMap中的碰撞探測(collision detection)以及碰撞的解決方法：

“當兩個對象的hashcode相同會發生什么？”?從這里開始，真正的困惑開始了，一些面試者會回答因為hashcode相同，所以兩個對象是相等的，HashMap將會拋出異常，或者不會存儲它們。然后面試官可能會提醒他們有equals()和hashCode()兩個方法，并告訴他們兩個對象就算hashcode相同，但是它們可能并不相等。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使用鏈表存儲對象，這個Entry(包含有鍵值對的Map.Entry對象)會存儲在鏈表中。”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，你如何獲取值對象？”?面試者會回答：當我們調用get()方法，HashMap會使用鍵對象的hashcode找到bucket位置，然后獲取值對象。面試官提醒他如果有兩個值對象儲存在同一個bucket，他給出答案:將會遍歷鏈表直到找到值對象。面試官會問因為你并沒有值對象去比較，你是如何確定確定找到值對象的？除非面試者直到HashMap在鏈表中存儲的是鍵值對，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位置之后，會調用keys.equals()方法去找到鏈表中正確的節點，最終找到要找的值對象。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()方法僅僅在獲取值對象的時候才出現。一些優秀的開發者會指出使用不可變的、聲明作final的對象，并且采用合適的equals()和hashCode()方法的話，將會減少碰撞的發生，提高效率。不可變性使得能夠緩存不同鍵的hashcode，這將提高整個獲取對象的速度，使用String，Interger這樣的wrapper類作為鍵是非常好的選擇。

如果你認為到這里已經完結了，那么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，怎么辦？”除非你真正知道HashMap的工作原理，否則你將回答不出這道題。默認的負載因子大小為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，將會創建原來HashMap大小的兩倍的bucket數組，來重新調整map的大小，并將原來的對象放入新的bucket數組中。這個過程叫作rehashing，因為它調用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：“你了解重新調整HashMap大小存在什么問題嗎？”你可能回答不上來，這時面試官會提醒你當多線程的情況下，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，因為如果兩個線程都發現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，存儲在鏈表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并不會將元素放在鏈表的尾部，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，那么就死循環了。這個時候，你可以質問面試官，為什么這么奇怪，要在多線程的環境下使用HashMap呢？：）

熱心的讀者貢獻了更多的關于HashMap的問題：

為什么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，那么就不能從HashMap中找到你想要的對象。不可變性還有其他的優點如線程安全。如果你可以僅僅通過將某個field聲明成final就能保證hashCode是不變的，那么請這么做吧。因為獲取對象的時候要用到equals()和hashCode()方法，那么鍵對象正確的重寫這兩個方法是非常重要的。如果兩個不相等的對象返回不同的hashcode的話，那么碰撞的幾率就會小些，這樣就能提高HashMap的性能。

我們可以使用自定義的對象作為鍵嗎？?這是前一個問題的延伸。當然你可能使用任何對象作為鍵，只要它遵守了equals()和hashCode()方法的定義規則，并且當對象插入到Map中之后將不會再改變了。如果這個自定義對象時不可變的，那么它已經滿足了作為鍵的條件，因為當它創建之后就已經不能改變了。

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同步性能更好，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提供更強的線程安全性。看看這篇博客查看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
• 不可變對象的好處
• HashMap多線程的條件競爭
• 重新調整HashMap的大小

轉自：原文鏈接：?Javarevisited?翻譯：?ImportNew.com?-?唐小娟
譯文鏈接：?http://www.importnew.com/7099.html

轉載于:https://www.cnblogs.com/pursuitofacm/p/7238168.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的HashMap底层实现原理/HashMap与HashTable区别/HashMap与HashSet区别（转）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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