HashMap的基本概念
HashMap是 Java 中最常用的数据结构之一，属于 java.util 包，实现了 Map<K, V> 接口，用于存储 键值对（Key-Value Pair）。它的核心特点是：通过键（Key）快速查找对应的值（Value），平均时间复杂度为 O(1)。
HashMap的内部结构
众所周知，HashMap底层结构，1.8之前是数组+链表，从1.8开始则是数组+链表+红黑树（链表长度大于8），线程不安全。
数组+链表
水平线上，每个 key 经过 hash 计算后得到一个数组下标 index，这个 index 就代表 一个桶（bucket）。
所有 hash 后落在 同一个 index 的 key-value 对，都会被组织在这个桶里 ------ 初始是链表，冲突多时可能转为红黑树。
当 这个桶里的节点数 ≥ 8，并且整个 HashMap 底层数组的长度（即桶的总数）≥ 64 时，才会将该链表 转换为红黑树
同一个 index 是一个桶，桶内链表 ≥8 且总桶数 ≥64 才转红黑树
某个桶（bucket）中的链表长度 ≥ 8
→ 即：有 8 个或更多 key 经过 hash 计算后落在同一个 index，形成链表。
HashMap 底层数组的长度（桶的总数）≥ 64
→ 即：table.length >= MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认 64）
- 💡 举个形象比喻：
想象一条 64 个车位的停车场（水平数组）：
- 每个车位是一个 桶（bucket）
- 车牌号（key）经过某种规则（hash）分配到某个车位
- 如果多个车被分到同一个车位（hash 冲突），就 垂直叠起来停（链表）
- 当某个车位叠了 8 辆车以上，且 整个停车场 ≥64 个车位 → 管理员就把这个车位改成 立体车库（红黑树），方便快速找车
- 但如果停车场只有 32 个车位，哪怕某个车位堆了 10 辆车 → 管理员会说："车位太少才导致拥堵，先扩建停车场！"（扩容），而不是建立体车库
哈希冲突
hash冲突：HashMap中主要是通过key的hashCode来计算hash值的，只要hashCode相同，计算出来的hash值就一样。如果存储的对象对多了，就有可能不同的对象所算出来的hash值是相同的，这就出现了所谓的hash冲突。详情如下：
随着存储的对象数量不断增加，可能会导致以下几种情况：
1.存储对象key 值相同（hash值一定相同），导致冲突；
2.存储对象key 值不同，由于 hash 函数的局限性导致hash 值相同，冲突；
3.存储对象key 值不同，hash 值不同，但 hash 值对数组长度取模后相同，冲突；
HashMap里面解决hash冲突的方法就是链地址法，
链地址法的基本思想是：每个哈希表节点都有一个next指针，多个哈希表节点可以用next指针构成一个单向链表，被分配到同一个索引上的多个节点可以用这个单向 链表连接起来，如： 键值对k2, v2与键值对k1, v1通过计算后的索引值都为2，这时及产生冲突，但是可以通道next指针将k2, k1所在的节点连接起来，这样就解决了哈希的冲突问题 。
扩容问题
List 的继承关系图
实线代表继承 虚线代表实现接口
List 的特性比较
| 特性 | ArrayList | LinkedList | Vector |
|---|---|---|---|
| 底层结构 | 动态对象数组 Object[] elementData |
双向链表 Node<E>（包含前驱、后继指针） |
动态对象数组 Object[] elementData |
| 线程安全 | 非线程安全（多线程并发读写可能抛出 ConcurrentModificationException） |
非线程安全（同上） | 线程安全 （关键方法如 add()、get() 使用 synchronized 修饰） |
| 扩容机制 | - 触发条件：添加元素时容量等于元素个数 - 默认初始容量：10（空参构造） - 扩容规则：newCapacity = oldCapacity + (oldCapacity >> 1)（即 1.5 倍） - 无负载因子概念 |
不涉及传统扩容。新增元素时动态创建节点，仅调整前后指针。内存开销包含元素本身 + 两个指针 | - 触发条件：添加元素时容量等于元素个数 - 默认初始容量：10 - 扩容规则：若未设置 capacityIncrement，则 newCapacity = oldCapacity * 2（2 倍）；否则按增量扩展 - 无负载因子概念 |
| 核心对比点 | - 随机访问快 ：基于索引，时间复杂度 O(1) - 尾部增删快 ：接近 O(1) - 中间增删慢 ：需移动后续元素，O(n) - 内存紧凑：仅存对象，无额外指针 | - 随机访问慢 ：需从头/尾遍历，平均 O(n) - 任意位置增删快 （已知节点）：仅改指针，O(1)；但查找位置仍需 O(n) - 内存开销大 ：每个节点含两个指针 - 实现 Deque 接口：可作双端队列使用 |
- 历史遗留类 ：JDK 1.0 引入，设计较陈旧 - 同步开销大 ：方法级 synchronized 导致高并发性能差 - 现代替代方案 ：推荐使用 CopyOnWriteArrayList 或 Collections.synchronizedList(new ArrayList<>()) |
HashMap的扩容
HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap
| 特性 | HashMap | Hashtable | ConcurrentHashMap |
|---|---|---|---|
| 线程安全 | ❌ 非线程安全 | ✅ 线程安全（方法级 synchronized） |
✅ 线程安全（JDK 8+：synchronized + CAS；JDK 7：分段锁） |
| 性能 | 🚀 高（无锁开销） | 🐌 低（全表加锁，高并发下严重阻塞） | ⚡ 高（读操作几乎无锁，写操作锁粒度细） |
| Key/Value 空值 | ✅ 允许 1 个 null 键 ，多个 null 值 |
❌ 不允许 null 键或值 （会抛 NullPointerException） |
❌ 不允许 null 键或值（避免并发语义歧义） |
| 继承体系 | 继承 AbstractMap |
继承 Dictionary（已过时的抽象类） |
继承 AbstractMap，实现 ConcurrentMap 接口 |
| 默认初始容量 | 16 | 11 | 16 |
| 扩容负载因子 | 0.75（默认） | 0.75（默认） | 0.75（默认） |
| 扩容机制 | 2 倍扩容（newCap = oldCap << 1） |
2 倍 +1 扩容（newCap = oldCap * 2 + 1） |
分段并发扩容，多个线程可协助迁移数据（JDK 8+） |
| 负载因子原因 | 0.75 是空间与时间的最佳权衡： • 过低（如 0.5）→ 内存浪费 • 过高（如 0.9）→ 哈希冲突激增 | 同 HashMap，但因初始容量为 11（质数），可更好分散哈希冲突 | 同 HashMap，但并发环境下扩容逻辑更复杂，需保证线程安全 |
| 遍历方式 | Iterator（fail-fast：并发修改会抛异常） |
Enumeration（古老接口，非 fail-fast） |
Iterator（弱一致性：不抛并发异常，可能看不到最新修改） |
| 并发机制 | 无 | 全表锁（每个 public 方法加 synchronized） |
JDK 7：分段锁（Segment） JDK 8+：synchronized 锁桶头 + CAS + 红黑树 |
| 并发度 | 不适用 | 1（整张表一把锁） | 默认 16（JDK 7 可配置；JDK 8+ 动态调整，最大 65535） |
| 可代替度 | ✅ 单线程场景的标准选择 | ⚠️ 已过时，不应在新项目中使用 | ✅ Hashtable 的现代替代者，高并发首选 |
| 应用场景 | • 单线程缓存（如 Spring 单例 Bean 缓存） • 系统配置参数存储 • 单体应用中的 Session 属性管理 | • 仅存在于老旧遗留系统 中 • 新项目应避免使用 | • 高并发缓存（如电商商品库存） • 实时计数器（UV/PV 统计） • 分布式会话共享（配合 Redis 等） |
红黑树 （自平衡二叉搜索）
结构特点
- 每个节点非红即黑
- 根节点必须是黑色
- 红色节点的子节点必须是黑色（不能连续红）
- 从任一节点到其所有叶子的路径，黑色节点数相同 --->(红黑树的"叶子" = 黑色 NIL 节点)
为什么用它？
插入/删除时通过 旋转 + 变色 保持平衡 调整的次数相对较少，通常最多需要 3 次旋转
保证树高 ≤ 2 log₂(n+1) → 操作稳定在 O(log n)
红黑树的操作
添加(找到合适图，我再加上去)
先查找，确定插入位置（原理同二叉排序树）插入新节点
- 如果新节点是根，则染为Blank（黑色）
- 如果新节点非根，则染为Red（红色）
- 如果插入新节点，满足红黑树定义，则插入结束
- 如果插入新节点，不满足红黑树定义，则需要调整（调整的依据：看新节点叔叔的脸色）
1、黑叔 旋转 + 染色
旋转类型 LL、RR、LR、RL
关键就看 你（N）、你爸（P）、你爷（G）三人的站位关系：
| 你和你爸的位置 | 旋转类型 | 口诀关键词 | 染色(只限插入) |
|---|---|---|---|
| 你和你爸都在爷爷 左边 | LL | "左左" | 父升爷，爷降兄，新根染黑两娃红 |
| 你和你爸都在爷爷 右边 | RR | "右右" | 父升爷，爷降兄，新根染黑两娃红 |
| 你在爷爷 左边，但你是你爸的 右娃 | LR | "左右" | 左旋爸，右旋爷，你上C位穿黑靴，左爸右爷穿红鞋 |
| 你在爷爷 右边，但你是你爸的 左娃 | RL | "右左" | 左旋爸，右旋爷，你上C位穿黑靴，左爷右爸穿红鞋 |
先看 你爸在爷爷哪边？（左 or 右）
再看 你在你爸哪边？（左 or 右）
拼起来就是类型：（爸的位置）+（你的位置）
2、红叔 染色 + 变新（叔、父、爷 染色，爷变新节点 ）
顺口溜帮助牢记：父叔红，黑黑红，上冒根黑终告成
父叔红 → 爸爸和叔叔都是红色（违规条件）
黑黑红 → 爸爸变黑、叔叔变黑、爷爷变红（核心变色）
上冒根黑成 → 向上冒泡修复，直到根为黑色，大功告成！
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后面再补，太复杂了，耽误时间。