Java面试题-并发.docx

这份文档详细讨论了Java中HashMap的各个方面，包括其内部机制、线程安全性、性能优化以及与其他类的比较等。通过对HashMap的不同问题进行深入分析，读者可以全面了解该数据结构的工作原理和使用注意事项。 首先，文档解释了为什么HashMap选择红黑树作为数据结构，而不是其他结构，主要是因为红黑树在处理哈希冲突时具有更快的搜索和插入速度，以及更稳定的性能。 接着，文档讨论了负载因子的概念及其取值为0.75的原因，以及HashMap在多线程环境下的线程安全性问题，指出了可能导致CPU利用率达到100%的并发扩容问题，并提出了解决方案。 此外，文档介绍了哈希冲突的概念和解决方法，以及HashMap的查询流程和与Hashtable的区别。特别强调了Hashtable不允许插入null的原因，以及ConcurrentHashMap在线程安全实现和锁优化方面的策略。 总的来说，这份文档对HashMap的各个方面进行了全面而详细的阐述，既适合作为面试准备的参考资料，也适用于希望深入了解HashMap内部机制的Java开发者。 根据提供的文档信息，我们可以归纳出以下几个关键的知识点： ### 1. Java中HashMap的理解与应用 #### 1.1 内部机制与选择红黑树的原因 - **数据结构选择**：HashMap选择了红黑树作为解决哈希冲突的数据结构，这是因为红黑树能够提供较快的搜索和插入速度，同时还能保持稳定的性能。 - **红黑树特点**：红黑树是一种自平衡二叉查找树，可以确保树的高度始终接近log(N)，从而在最坏情况下也能保证O(log N)的时间复杂度。 #### 1.2 负载因子及线程安全性 - **负载因子**：负载因子是衡量HashMap存储效率的一个指标，一般默认为0.75。当实际容量超过阈值(容量*负载因子)时，会发生扩容，从而保持较高的存储效率。 - **线程安全问题**：HashMap在多线程环境下可能存在线程安全问题，尤其是并发扩容时可能会导致CPU利用率飙升至100%。为解决这个问题，可以使用`ConcurrentHashMap`或其他同步机制。 #### 1.3 哈希冲突与解决 - **哈希冲突**：当不同的键映射到同一个位置时发生哈希冲突。HashMap通过链地址法（即使用链表或红黑树存储冲突的键值对）来解决这一问题。 - **解决方法**：当链表长度超过一定阈值时，链表会转换成红黑树以提高查询效率。 #### 1.4 HashMap与Hashtable的区别 - **空值支持**：HashMap允许键和值为null，而Hashtable不允许。 - **线程安全性**：Hashtable是线程安全的，而HashMap不是。 - **性能差异**：由于Hashtable的同步机制，它的性能通常低于HashMap。 ### 2. Java多线程基础与高级特性 #### 2.1 线程的启动与执行 - **start()与run()方法的区别**： - `start()`方法启动一个新的线程，并调用run()方法。 - `run()`方法仅仅是线程体，调用它不会创建新线程，而是像普通函数一样执行。 #### 2.2 线程间通信 - **主要通信方法**： - `wait()`, `notify()`, `notifyAll()`：这些方法用于线程之间的同步控制。 - `await()`, `signal()`, `signalAll()`：它们是基于`Condition`接口的更现代的方法。 - `park()`, `unpark()`：这些方法用于阻塞线程和解除阻塞。 #### 2.3 线程生命周期 - **生命周期状态**：线程在其生命周期中可能处于NEW、RUNNABLE、BLOCKED、WAITING、TIMED_WAITING、TERMINATED等不同状态。 - NEW：线程创建但未启动。 - RUNNABLE：线程已启动，可以由JVM调度执行。 - BLOCKED：等待获取锁。 - WAITING/TIMED_WAITING：等待其他线程的动作。 - TERMINATED：线程已完成执行。 #### 2.4 线程停止与管理 - **停止线程的方法**： - 使用标志变量：通过设置共享变量来通知线程何时应停止。 - 使用`interrupt()`方法：设置中断标志，线程需检测此标志以确定是否停止。 - `stop()`方法：已被废弃，不建议使用。 #### 2.5 wait()与sleep()的区别 - **主要区别**： - `wait()`释放锁，`sleep()`则持有锁。 - `wait()`必须在同步块内调用，`sleep()`可以在任何地方调用。 - `wait()`用于线程间的通信，`sleep()`用于暂停执行。 #### 2.6 线程池的优势 - **优点**： - **资源重用**：减少创建和销毁线程的开销。 - **提高响应速度**：预创建线程，减少等待时间。 - **管理线程数量**：控制最大并发线程数，防止系统过载。 - **简化编程模型**：提供统一的接口来提交任务。 以上知识点涵盖了Java中HashMap的关键方面以及多线程的基础和高级特性，对于准备Java面试的开发者来说是非常宝贵的参考资料。