hashmap底层原理，扩容机制

HashMap是Java中常用的一种数据结构，它基于哈希表实现。HashMap的底层由数组和链表（或红黑树）构成，主要包括数组、链表和红黑树三个部分。

1. 数组：HashMap内部维护了一个Node类型的数组，这个数组实际上是一个哈希表，用于存储键值对。数组的每个元素称为桶（bucket），每个桶可以存储一个或多个键值对。

2. 链表：当多个键值对被哈希到同一个桶时，它们会以链表的形式存储在该桶中。链表中的每个节点都包含了键、值以及指向下一个节点的指针。

3. 红黑树：为了提高HashMap的性能，在JDK1.8版本中引入了红黑树。当某个桶中的链表长度超过一定阈值（默认为8）时，链表将会转换为红黑树，以减少查找时间复杂度。

扩容机制是指当HashMap中存储的键值对数量超过了负载因子（默认为0.75）与当前数组容量的乘积时，HashMap会自动进行扩容操作。扩容后，HashMap会重新计算每个键值对在新数组中的位置，并将其放入新的桶中。

扩容过程中，HashMap会创建一个新的两倍大小的数组，并将原来数组中的元素重新分配到新数组中。这个过程涉及到重新哈希计算，即对键的哈希值进行重新计算，并通过取模运算确定新数组中的位置。在新数组中，键值对的顺序可能会发生改变。

扩容过程可能会比较耗时，因为需要重新计算哈希值和重新分配元素。但是扩容操作能够保证哈希表的负载因子维持在一个较低的水平，从而提高HashMap的性能和效率。

相关问题

hashmap的底层原理和扩容机制

HashMap是Java中常用的数据结构之一，它实现了一个键值对的映射表。底层原理是基于数组和链表（或红黑树）的组合实现的。

在HashMap内部，有一个Node数组，每个数组元素称为一个桶（bucket）。当我们put一个键值对时，HashMap会根据键的哈希值计算出对应的桶的索引，然后将键值对放入该桶中。多个键值对可能会被放入同一个桶中，这就形成了链表。

但是，当链表的长度超过一定阈值（默认为8），链表会转换成红黑树。这是为了提高查找效率，当键值对数量较多时，使用红黑树可以减少查找时间复杂度。

在HashMap的扩容机制方面，当HashMap中元素数量超过负载因子（默认为0.75）与容量（数组长度）的乘积时，会触发扩容操作。扩容时，HashMap会将原有的数组扩大一倍，并重新计算每个键值对在新数组中的位置。这个过程涉及到重新计算哈希值、重新分配桶和重新放置键值对。

在扩容过程中，由于涉及大量的元素重新计算和移动操作，会比较耗费时间和内存空间。因此，在设计HashMap时，我们要尽量选择合适的初始容量和负载因子，以减少扩容的频率和代价。

总结起来，HashMap的底层原理是基于数组和链表（或红黑树）的组合实现的，当元素数量超过一定阈值时，会触发扩容操作。这种设计使得HashMap能够提供高效的查找、插入和删除操作。

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Hashtable是线程安全的主要原因是因为它的所有公共方法都是同步的，也就是说，同一时刻只能有一个线程访问Hashtable的方法。因此，Hashtable可以保证多线程环境下的数据一致性。

而HashMap不是线程安全的原因是因为它的操作是非同步的，也就是说，多个线程可以同时访问HashMap的方法，导致数据的不一致性。因此，在多线程环境下，如果需要使用HashMap，就需要进行额外的同步处理，例如使用ConcurrentHashMap等线程安全的替代方案。

HashMap的扩容机制是当HashMap中的元素个数达到了负载因子（默认为0.75）乘以容量时，就会自动扩容，容量扩大为原来的两倍。这是因为当HashMap中的元素个数过多时，会导致哈希冲突的概率增大，影响HashMap的查询性能。而扩容可以将元素重新分配到新的更大的容器中，减小哈希冲突的概率，提高HashMap的查询性能。将容量扩大为原来的两倍，可以保证扩容后的容量是一个2的幂次方，可以更好地利用哈希函数的性质。