理解HashMap的扩容机制

# 1. 简介

### 介绍HashMap数据结构

在Java中，HashMap是一种常用的基于哈希表的数据结构，用于存储键值对。它通过哈希算法可以实现快速的数据查找和插入操作，具有高效的性能表现。

HashMap内部通过一个数组来保存数据，每个数组元素称为桶（bucket），每个桶可以存放多个键值对。当多个键值对映射到同一个桶时，HashMap会使用链表或红黑树来存储这些键值对，以提高查找和插入效率。

### HashMap的基本操作和功能

HashMap提供了常用的操作接口，包括插入键值对、删除键值对、根据键查找值等。通过这些操作，可以灵活地管理HashMap中的数据。

此外，HashMap还具有自动扩容、迭代遍历、支持null键和null值等功能，使其在实际开发中得到广泛应用。

在接下来的章节中，我们将深入探讨HashMap的内部实现细节，以及其扩容机制对性能的影响。

# 2. HashMap容量和负载因子

HashMap是基于哈希表的数据结构，其内部包含了一个数组作为存储桶(bucket)，每个桶可以存储多个键值对。在HashMap中，容量表示哈希表中桶的数量，而负载因子则是一个比较重要的概念。

### 容量概念

HashMap的容量表示哈希表中桶的数量，通常以2的幂次方形式存在，如16、32、64等。当我们向HashMap中不断添加元素时，如果元素数量超过了容量与负载因子的乘积，HashMap将会进行扩容操作，以确保性能表现。

### 负载因子及其作用

负载因子是一个在0到1之间的浮点数，默认是0.75。它表示着哈希表在什么时候应该进行扩容操作。当HashMap中的键值对数量达到了容量与负载因子的乘积，即达到了扩容的条件，HashMap将会进行扩容操作，这也是负载因子的作用所在。

负载因子的选择要综合考虑存储空间和查找效率，负载因子越大，空间利用率越高，但会增加哈希冲突的可能性；负载因子越小，空间利用率越低，但哈希冲突的概率降低，查找效率提高。

在下一节中，我们将深入探讨HashMap何时会触发扩容操作，以及扩容的必要性。

# 3. 扩容触发条件

在HashMap的使用过程中，当键值对的数量逐渐增多，达到一定的阈值时，就会触发HashMap的扩容操作。这个阈值通常是由容量和负载因子共同决定的。接下来我们将深入探讨HashMap何时会触发扩容操作以及扩容的必要性。

#### 3.1 HashMap何时触发扩容操作

HashMap在进行插入操作时，会检查当前存储的键值对数量是否超过了负载因子和容量的乘积。如果超过了这个阈值，就会触发扩容操作。具体触发扩容的条件可以用下面的公式表示：

size > capacity * load_factor

在Java中，HashMap的默认负载因子是0.75，也就是说当