HashMap的底层原理

HashMap 是 Java 集合框架中最常用的数据结构之一，其底层实现结合了 数组、链表 和 红黑树，以提供高效的增删查改操作。以下是其核心实现原理的详细解析。

1. 数据结构

数组 (Bucket Array): HashMap 使用一个数组 Node<K,V>[] table 存储键值对，每个位置称为一个“桶”。

链表 (Linked List): 当多个键的哈希值映射到同一桶时，使用链表存储冲突的键值对。

红黑树 (Red-Black Tree): 在 JDK 1.8 中，当链表长度超过 8 且数组容量 ≥ 64 时，链表会转换为红黑树以优化查询性能。

2. 核心操作

插入 (Put)

计算哈希值: 调用 hashCode() 方法并通过 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 进行二次处理，减少冲突。

定位桶位置: 使用 (n - 1) & hash 计算数组索引。

处理冲突: 如果桶为空，直接插入新节点。 如果存在冲突： 链表：遍历链表，若键已存在则覆盖值，否则尾插法添加节点。 红黑树：按红黑树规则插入节点。

扩容检查: 若元素数量超过阈值（capacity × loadFactor），触发扩容。

查询 (Get)

根据键计算哈希值和桶索引。

定位到对应桶： 若为空，返回 null。 若为链表或红黑树，逐一查找匹配的键。

3. 扩容机制

当元素数量超过阈值时，创建新数组（容量为原来的两倍）。

将旧数组中的元素重新分配到新数组中，位置要么保持不变，要么移动到 i + oldCap。

4. 优化设计

默认初始容量：16

默认负载因子：0.75

链表转红黑树阈值：8

红黑树退化为链表阈值：6
5. 使用建议

设置合理的初始容量以减少扩容次数：

Map<String, Object> map = new HashMap<>(1000 / 0.75 + 1);
复制
确保键对象不可变，并正确重写 hashCode() 和 equals() 方法。

多线程环境下使用线程安全的集合，如 ConcurrentHashMap。