面試半年！三面阿里，四面螞蟻金服，居然倒在了一個Java集合之Map上？

阿新 • • 發佈：2020-07-10

Map介面

Map與Collection並列存在。用於儲存具有對映關係的資料:key-value
Map中的key和value都可以是任何引用型別的資料
Map中的key用set來存放，不允許重複，即同一個Map物件所對應的類，須重寫 hashCode()和 equals()方法
常用 String類作為Map的“鍵”
key和value之間存在單向一對一關係，即通過指定的key總能找到唯一的、確定的value
Map介面的常用實現類:HashMap、TreeMap、LinkedHashMap和Properties。其中，HashMap是Map介面使用頻率最高的實現類

1. 常見實現類結構

|----Map:雙列資料，儲存key-value對的資料   ---類似於高中的函式：y = f(x)
     |----HashMap:作為Map的主要實現類；執行緒不安全的，效率高；儲存null的key和value
          |----LinkedHashMap:保證在遍歷map元素時，可以照新增的順序實現遍歷。
                    原因：在原的HashMap底層結構基礎上，添加了一對指標，指向前一個和後一個元素。
                    對於頻繁的遍歷操作，此類執行效率高於HashMap。
     |----TreeMap:保證照新增的key-value對進行排序，實現排序遍歷。此時考慮key的自然排序或定製排序
                      底層使用紅黑樹
     |----Hashtable:作為古老的實現類；執行緒安全的，效率低；不能儲存null的key和value
          |----Properties:常用來處理配置檔案。key和value都是String型別
 
 
HashMap的底層： 陣列+連結串列  （JDK 7.0及之前)
               陣列+連結串列+紅黑樹 （JDK 8.0以後)

1.1 HashMap

HashMap是Map介面使用頻率最高的實現類。

允許使用null鍵和null值，與 HashSet一樣，不保證對映的順序。

所有的key構成的集合是set：無序的、不可重複的。所以，key所在的類要重寫equals()和 hashCode()

所有的value構成的集合是Collection：無序的、可以重複的。所以，value所在的類要重寫:equals()

一個key-value構成一個entry

所有的entry構成的集合是Set：無序的、不可重複的

HashMap判斷兩個key相等的標準是：兩個key通過equals()方法返回true，hashCode值也相等。

HashMap判斷兩個value相等的標準是：兩個value通過equals()方法返回true.

程式碼示例：

@Test
public void test1(){
    Map map = new HashMap();
 
    map.put(null,123);
 
}

1.2 LinkedHashMap

LinkedHashMap底層使用的結構與HashMap相同，因為LinkedHashMap繼承於HashMap.
區別就在於：LinkedHashMap內部提供了Entry，替換HashMap中的Node.
與Linkedhash Set類似，LinkedHashMap可以維護Map的迭代順序：迭代順序與Key-value對的插入順序一致
程式碼示例：

@Test
public void test2(){
    Map map = new LinkedHashMap();
    map.put(123,"AA");
    map.put(345,"BB");
    map.put(12,"CC");
 
    System.out.println(map);
}

1.3 TreeMap

TreeMap儲存Key-Value對時，需要根據key-value對進行排序。TreeMap可以保證所有的 Key-Value對處於有序狀態。

TreeSet底層使用紅黑樹結構儲存資料

TreeMap的Key的排序:

自然排序： TreeMap的所有的Key必須實現Comparable介面，而且所有的Key應該是同一個類的物件，否則將會丟擲ClasssCastEXception()
定製排序：建立 TreeMap時，傳入一個 Comparator物件，該物件負責對TreeMap中的所有key進行排序。此時不需要Map的Key實現Comparable介面
TreeMap判斷兩個key相等的標準：兩個key通過 compareTo()方法或者compare()方法返回0.

1.4 Hashtable

Hashtable是個古老的Map實現類，JDK1.0就提供了。不同於 HashMap，Hashtable是執行緒安全的.

Hashtable實現原理和HashMap相同，功能相同。底層都使用雜湊表結構，查詢速度快，很多情況下可以互用

與HashMap.不同，Hashtable不允許使用null作為key和value.

與HashMap一樣，Hashtable也不能保證其中Key-value對的順序.

Hashtable判斷兩個key相等、兩個value相等的標準，與HashMap-致.

1.5 Properties

Properties類是Hashtable的子類，該物件用於處理屬性檔案

由於屬性檔案裡的key、value都是字串型別，所以Properties裡的key和value都是字串型別

存取資料時，建議使用setProperty(String key,String value)方法和getProperty(String key)方法

程式碼示例：

//Properties:常用來處理配置檔案。key和value都是String型別
public static void main(String[] args)  {
    FileInputStream fis = null;
    try {
        Properties pros = new Properties();
 
        fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        pros.load(fis);//載入流對應的檔案
 
        String name = pros.getProperty("name");
        String password = pros.getProperty("password");
 
        System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(fis != null){
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
        }
    }
 
}

2. 儲存結構的理解：

Map中的key:無序的、不可重複的，使用Set儲存所的key ---> key所在的類要重寫equals()和hashCode() （以HashMap為例)
Map中的value:無序的、可重複的，使用Collection儲存所的value --->value所在的類要重寫equals()
一個鍵值對：key-value構成了一個Entry物件。
Map中的entry:無序的、不可重複的，使用Set儲存所的entry

3. 常用方法

3.1新增、刪除、修改操作：

Object put(Object key,Object value)：將指定key-value新增到(或修改)當前map物件中
void putAll(Map m):將m中的所有key-value對存放到當前map中
Object remove(Object key)：移除指定key的key-value對，並返回value
void clear()：清空當前map中的所有資料
程式碼示例：

@Test
public void test1() {
    Map map = new HashMap();
    //Object put(Object key,Object value)：將指定key-value新增到(或修改)當前map物件中
    map.put("AA",123);
    map.put("ZZ",251);
    map.put("CC",110);
    map.put("RR",124);
    map.put("FF",662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
 
    //Object put(Object key,Object value)：將指定key-value新增到(或修改)當前map物件中
    map.put("ZZ",261);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662}
 
    //void putAll(Map m):將m中的所有key-value對存放到當前map中
    HashMap map1 = new HashMap();
    map1.put("GG",435);
    map1.put("DD",156);
    map.putAll(map1);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662, GG=435, DD=156}
 
    //Object remove(Object key)：移除指定key的key-value對，並返回value
    Object value = map.remove("GG");
    System.out.println(value);//435
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=261, CC=110, RR=124, FF=662, DD=156}
 
    //void clear()：清空當前map中的所有資料
    map.clear();
    System.out.println(map.size());//0  與map = null操作不同
    System.out.println(map);//{}
}

3.2元素查詢的操作：

Object get(Object key)：獲取指定key對應的value
boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
int size()：返回map中key-value對的個數
boolean isEmpty()：判斷當前map是否為空
boolean equals(Object obj)：判斷當前map和引數物件obj是否相等
程式碼示例：

@Test
public void test2() {
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA", 123);
    map.put("ZZ", 251);
    map.put("CC", 110);
    map.put("RR", 124);
    map.put("FF", 662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
    //Object get(Object key)：獲取指定key對應的value
    System.out.println(map.get("AA"));//123
 
    //boolean containsKey(Object key)：是否包含指定的key
    System.out.println(map.containsKey("ZZ"));//true
 
    //boolean containsValue(Object value)：是否包含指定的value
    System.out.println(map.containsValue(123));//true
 
    //int size()：返回map中key-value對的個數
    System.out.println(map.size());//5
 
    //boolean isEmpty()：判斷當前map是否為空
    System.out.println(map.isEmpty());//false
 
    //boolean equals(Object obj)：判斷當前map和引數物件obj是否相等
    Map map1 = new HashMap();
    map1.put("AA", 123);
    map1.put("ZZ", 251);
    map1.put("CC", 110);
    map1.put("RR", 124);
    map1.put("FF", 662);
    System.out.println(map.equals(map1));//true
}

3.3 元檢視操作的方法：

Set keySet()：返回所有key構成的Set集合
Collection values()：返回所有value構成的Collection集合
Set entrySet()：返回所有key-value對構成的Set集合
程式碼示例：

@Test
public void test3() {
    Map map = new HashMap();
    map.put("AA", 123);
    map.put("ZZ", 251);
    map.put("CC", 110);
    map.put("RR", 124);
    map.put("FF", 662);
    System.out.println(map);//{AA=123, ZZ=251, CC=110, RR=124, FF=662}
    //遍歷所有的key集:Set keySet()：返回所有key構成的Set集合
    Set set = map.keySet();
    Iterator iterator = set.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }
    System.out.println("--------------");
    //遍歷所有的value集：Collection values()：返回所有value構成的Collection集合
    Collection values = map.values();
    for (Object obj :
         values) {
        System.out.println(obj);
    }
    System.out.println("---------------");
    //Set entrySet()：返回所有key-value對構成的Set集合
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator1 = entrySet.iterator();
    //方式一：
    while (iterator1.hasNext()) {
        Object obj = iterator1.next();
        //entrySet集合中的元素都是entry
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "-->" + entry.getValue());
    }
    System.out.println("--------------");
 
    //方式二：
    Set keySet = map.keySet();
    Iterator iterator2 = keySet.iterator();
    while (iterator2.hasNext()) {
        Object key = iterator2.next();
        Object value = map.get(key);
        System.out.println(key + "==" + value);
    }
}

總結：常用方法：

新增：put(Object key,Object value)
刪除：remove(Object key)
修改：put(Object key,Object value)
查詢：get(Object key)
長度：size()
遍歷：keySet() / values() / entrySet()

4. 記憶體結構說明：（難點）

4.1 HashMap在JDK 7.0中實現原理：

4.1.1 HashMap的儲存結構：

JDK 7.0及以前的版本：HashMap是陣列+連結串列結構（地址連結串列法）

JDK 8.0版本以後：HashMap是陣列+連結串列+紅黑樹實現

4.1.2 物件建立和新增過程：

HashMap map = new HashMap():

在例項化以後，底層建立了長度是16的一維陣列Entry[] table。

...可能已經執行過多次put...

map.put(key1,value1):

首先，呼叫key1所在類的hashCode()計算key1雜湊值，此雜湊值經過某種演算法計算以後，得到在Entry陣列中的存放位置。
如果此位置上的資料為空，此時的key1-value1新增成功。 ----情況1
如果此位置上的資料不為空，(意味著此位置上存在一個或多個數據(以連結串列形式存在)),比較key1和已經存在的一個或多個數據的雜湊值：
如果key1的雜湊值與已經存在的資料的雜湊值都不相同，此時key1-value1新增成功。----情況2
如果key1的雜湊值和已經存在的某一個數據(key2-value2)的雜湊值相同，繼續比較：呼叫key1所在類的equals(key2)方法，比較：
如果equals()返回false:此時key1-value1新增成功。----情況3
如果equals()返回true:使用value1替換value2。

補充：關於情況2和情況3：此時key1-value1和原來的資料以連結串列的方式儲存。

在不斷的新增過程中，會涉及到擴容問題，當超出臨界值(且要存放的位置非空)時，擴容。預設的擴容方式：擴容為原來容量的2倍，並將原有的資料複製過來。

4.1.3 HashMap的擴容

當HashMap中的元素越來越多的時候，hash衝突的機率也就越來越高，因為陣列的長度是固定的。所以為了提高查詢的效率，就要對 HashMap的陣列進行擴容，而在HashMap陣列擴容之後，原陣列中的資料必須重新計算其在新陣列中的位置，並放進去，這就是 resize。

4.1.4 HashMap擴容時機

當HashMap中的元素個數超過陣列大小（陣列總大小 length，不是陣列中個數）* loadFactor時，就會進行陣列擴容，loadFactor的預設值(DEFAULT_LOAD_ FACTOR)為0.75，這是一個折中的取值。也就是說，預設情況下，陣列大小(DEFAULT INITIAL CAPACITY)為16，那麼當 HashMap中元素個數超過16 * 0.75=12（這個值就是程式碼中的 threshold值，也叫做臨界值）的時候，就把陣列的大小擴充套件為2 * 16=32，即擴大一倍，然後重新計算每個元素在陣列中的位置，而這是一個非常消耗效能的操作，所以如果我們已經預知 HashMap中元素的個數，那麼預設元素的個數能夠有效的提高HashMap的效能。

4.2 HashMap在JDK 8.0底層實現原理：

4.2.1 HashMap的儲存結構：

HashMap的內部儲存結構其實是陣列+連結串列+紅黑樹的組合。

4.2.2 HashMap新增元素的過程：

當例項化一個HashMap時，會初始化 initialCapacity和loadFactor，在put第一對對映關係時，系統會建立一個長度為 initialCapacity的Node陣列，這個長度在雜湊表中被稱為容量（Capacity），在這個陣列中可以存放元素的位置我們稱之為“桶”（ bucket），每個bucket都有自己的索引，系統可以根據索引快速的查詢bucket中的元素。

每個 bucket中儲存一個元素，即一個Node物件，但每一個Noe物件可以帶個引用變數next，用於指向下一個元素，因此，在一個桶中，就有可能生成一個Node鏈。也可能是一個一個 TreeNode物件，每一個Tree node物件可以有兩個葉子結點left和right，因此，在一個桶中，就有可能生成一個TreeNode樹。而新新增的元素作為連結串列的last，或樹的葉子結點。

4.2.3 HashMap的擴容機制:

當HashMapl中的其中一個鏈的物件個數沒有達到8個和JDK 7.0以前的擴容方式一樣。
當HashMapl中的其中一個鏈的物件個數如果達到了8個，此時如果 capacity沒有達到64，那麼HashMap會先擴容解決，如果已經達到了64，那麼這個鏈會變成樹，結點型別由Node變成 Tree Node型別。當然，如果當對映關係被移除後，下次resize方法時判斷樹的結點個數低於6個，也會把樹再轉為連結串列。

4.2.4 JDK 8.0與JDK 7.0中HashMap底層的變化：

new HashMap():底層沒有建立一個長度為16的陣列

JDK 8.0底層的陣列是：Node[],而非Entry[]

首次呼叫put()方法時，底層建立長度為16的陣列

JDK 7.0底層結構只有：陣列+連結串列。JDK 8.0中底層結構：陣列+連結串列+紅黑樹。

形成連結串列時，七上八下（jdk7:新的元素指向舊的元素。jdk8：舊的元素指向新的元素）
當陣列的某一個索引位置上的元素以連結串列形式存在的資料個數 > 8 且當前陣列的長度 > 64時，此時此索引位置上的所資料改為使用紅黑樹儲存。

4.3 HashMap底層典型屬性的屬性的說明：

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY : HashMap的預設容量，16
DEFAULT_LOAD_FACTOR：HashMap的預設載入因子：0.75
threshold：擴容的臨界值，= 容量*填充因子：16 * 0.75 => 12
TREEIFY_THRESHOLD：Bucket中連結串列長度大於該預設值，轉化為紅黑樹:JDK 8.0引入
MIN_TREEIFY_CAPACITY：桶中的Node被樹化時最小的hash表容量:64

4.4 LinkedHashMap的底層實現原理

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>{
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    Node<K,V> next;
}

LinkedHashM中內部類Entry原始碼：

static class Entry<K,V> extends HashMap.Node<K,V> {
    Entry<K,V> before, after;//能夠記錄新增的元素的先後順序
    Entry(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        super(hash, key, value, next);
    }
}

5. TreeMap的使用

向TreeMap中新增key-value，要求key必須是由同一個類建立的物件要照key進行排序：自然排序、定製排序

程式碼示例：

//自然排序
@Test
public void test() {
    TreeMap map = new TreeMap();
    User u1 = new User("Tom", 23);
    User u2 = new User("Jarry", 18);
    User u3 = new User("Bruce", 56);
    User u4 = new User("Davie", 23);
 
    map.put(u1, 98);
    map.put(u2, 16);
    map.put(u3, 92);
    map.put(u4, 100);
 
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator = entrySet.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        Object obj = iterator.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}
 
//定製排序：按照年齡大小排
@Test
public void test2() {
    TreeMap map = new TreeMap(new Comparator() {
        @Override
        public int compare(Object o1, Object o2) {
            if (o1 instanceof User && o2 instanceof User) {
                User u1 = (User) o1;
                User u2 = (User) o2;
                return Integer.compare(u1.getAge(), u2.getAge());
            }
            throw new RuntimeException("輸入資料型別錯誤");
        }
    });
    User u1 = new User("Tom", 23);
    User u2 = new User("Jarry", 18);
    User u3 = new User("Bruce", 56);
    User u4 = new User("Davie", 23);
 
    map.put(u1, 98);
    map.put(u2, 16);
    map.put(u3, 92);
    map.put(u4, 100);
 
    Set entrySet = map.entrySet();
    Iterator iterator = entrySet.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        Object obj = iterator.next();
        Map.Entry entry = (Map.Entry) obj;
        System.out.println(entry.getKey() + "=" + entry.getValue());
    }
}

6.使用Properties讀取配置檔案

程式碼示例：

//Properties:常用來處理配置檔案。key和value都是String型別
public static void main(String[] args)  {
    FileInputStream fis = null;
    try {
        Properties pros = new Properties();
 
        fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
        pros.load(fis);//載入流對應的檔案
 
        String name = pros.getProperty("name");
        String password = pros.getProperty("password");
 
        System.out.println("name = " + name + ", password = " + password);
    } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
    } finally {
        if(fis != null){
            try {
                fis.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
 
        }
    }
 
}

最後

大家看完有什麼不懂的話可以在下方留言評論，也可以私信問我，我一般看到之後都會回覆的。也歡迎大家關注我的公眾號：前程有光，馬上金九銀十跳槽面試季，整理了1000多道將近500多頁pdf文件的Java面試題資料，文章都會在裡面更新，整理的資料也會放在裡面。

面試半年！三面阿里，四面螞蟻金服，居然倒在了一個Java集合之Map上？

Map介面

1. 常見實現類結構

1.1 HashMap

1.2 LinkedHashMap

1.3 TreeMap

1.4 Hashtable

1.5 Properties

2. 儲存結構的理解：

3. 常用方法

3.2元素查詢的操作：

3.3 元檢視操作的方法：

4. 記憶體結構說明：（難點）

4.1.3 HashMap的擴容

4.1.4 HashMap擴容時機

4.2 HashMap在JDK 8.0底層實現原理：

4.2.2 HashMap新增元素的過程：

4.2.3 HashMap的擴容機制:

4.2.4 JDK 8.0與JDK 7.0中HashMap底層的變化：

4.3 HashMap底層典型屬性的屬性的說明：

4.4 LinkedHashMap的底層實現原理

5. TreeMap的使用

6.使用Properties讀取配置檔案

最後

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