文章目录
- HashMap特性
- 常用的相关函数
- put方法和get方法
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- [put(K key, V value)](#put(K key, V value))
- get方法
- [底层结构（JDK 1.8+）](#底层结构（JDK 1.8+）)
- [HashMap 扩容](#HashMap 扩容)
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- [1.HashMap 扩容的时机](#1.HashMap 扩容的时机)
- 2.扩容步骤
- 线程安全
HashMap特性
基本概念，包含一下特性
- key-value
- 不可重复
常用的相关函数
| 方法 | 作用 | 时间复杂度（平均） |
|---|---|---|
| put(K key, V value) | 添加或覆盖键值对 | O(1) |
| get(Object key) | 根据 key 获取 value | O(1) |
| containsKey(Object key) | 判断 key 是否存在 | O(1) |
| containsValue(Object value) | 判断 value 是否存在（需遍历） | O(n) |
| remove(Object key) | 删除键值对 | O(1) |
| size() | 返回键值对个数 | O(1) |
| keySet() / values() / entrySet() | 获取视图集合 | O(1) |
put方法和get方法
put(K key, V value)
- 计算 hash 值：hash = (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)
- 判断数组是否为空：如果 table == null 或长度为 0，先 resize() 初始化（默认容量 16）。
- 计算桶下标：index = (n - 1) & hash（n 为数组长度，利用 2 的幂优化）。
- 检查桶内第一个节点：
- 如果该位置为 null，直接创建新节点放入。
- 如果非 null，判断第一个节点的 hash 和 key 是否与当前相等：如果是 → 记录该节点，准备覆盖。
- 遍历链表或红黑树：
- 如果是红黑树节点，调用 putTreeVal 插入或覆盖。
- 如果是链表，遍历：
- 找到相同 key → 覆盖。
- 遍历到末尾 → 尾插法添加新节点。
- 添加后判断链表长度 > 8 → 调用 treeifyBin（内部会检查数组长度 < 64 则扩容，否则转红黑树）。
- 覆盖旧值：如果找到相同 key，替换 value，返回旧值。
- 模增加：modCount++（用于 fail-fast）。
- 判断扩容：size++ > threshold → resize()。
- 返回 null（新插入时）。
get方法
- 计算 hash：同 put 的 hash 算法。
- 定位桶：如果 table 不为空且长度 > 0，计算 index = (n - 1) & hash。
- 检查第一个节点：如果第一个节点 hash 和 key 匹配，直接返回该节点的 value。
- 遍历后续：
- 如果是红黑树，调用 getTreeNode 查找。
- 如果是链表，逐个比较 hash 和 key（用 equals），找到返回 value。
- 未找到：返回 null。
底层结构（JDK 1.8+）
1.8之前采用数组加链表的数据结构，1.8采用数组加链表加红黑树的数据结构
HashMap = 数组 + 链表 + 红黑树（JDK 1.8+）
- 数组：Node<K,V>\[\] table，每个位置称为一个桶（bucket）。
- 链表
- 当链表长度 > 8 且数组长度 ≥ 64 时，链表 → 红黑树；树节点数 < 6 时，会退化为链表。
为什么是8：源码注释里给了泊松分布的计算结果：在理想情况下（哈希随机性很好），一个桶中链表长度达到 8 的概率极低（小于千万分之一）。这说明一旦长度超过 8，往往是严重恶意的哈希冲突（比如有人故意构造相同 hashCode 的 key），此时必须用红黑树来防止性能崩溃。
退化阈值是 6 而不是 8？ 避免频繁转换，留 2 的余量，防止在 7/8 之间反复切换造成性能抖动。
为什么是64 ：64 是经验值：确保数组足够大，再考虑树化。如果数组很小（比如桶链表长度 > 8，但数组长度 < 64 ），大量冲突可能是因为容量不够，而不是 hash 算法差。此时优先扩容（resize）来分散元素，而不是盲目树化。
HashMap 扩容
1.HashMap 扩容的时机
- size > threshold（threshold = 容量 × 负载因子，默认 0.75）
- 当某个链表长度>=8，但是数组存储的结点数size() < 64时
size 表示元素个数，即节点node个数（数据节点的个数），非数组长度
threshold = 当前数组长度 * 负载因子
2.扩容步骤
扩容分为两步
- 创建一个新的数组，长度为原数组的两倍
- 遍历所有Node节点，将旧桶中的每个元素重新计算新下标，移到新数组
- 迁移过程中，如果 Node 桶的数据结构是链表会生成 low 和 high 两条链表，是红黑树则生成 low 和 high 两颗红黑树
- 判断 high 和 low 的条件：因为新容量是旧容量的2倍，元素的hash值高位多了一位，因此通过 hash & oldCap == 0 判断放低位还是高位。结果为 0 则留在原位置（低位），结果非 0 就移到 原索引 + oldCap（高位）
- 低位链表：留在原索引（index）
- 高位链表：移到原索引 + 旧容量（index + oldCap）
- 最后替换 table 为新数组，更新 threshold。
为什么HashMap数组长度是 2 的幂？
- 第一，计算桶下标时可以用 hash & (length-1) 代替取模运算，位运算效率更高。
- 第二，扩容时容量翻倍，元素的新位置要么不变，要么在旧位置的基础上加上旧容量，通过 hash & oldCap 就能判断，不需要重新计算 hash，迁移效率极高。
- 第三，length-1 的二进制全是 1，能让 hash 值的低位充分参与散列，减少冲突。
线程安全
HashMap
Hashtable
ConcurrentHashMap