HashMap详解：数据结构与源码分析

HashMap是一种基于哈希表的数据结构，它是Java中实现Map接口的常用实现之一。HashMap在Java 1.8中提供了高效、灵活的键值存储，支持null键和null值，并且不保证映射的顺序性。其内部数据结构是由数组和链表（在碰撞较多时转换为红黑树）组成的。 HashMap的关键属性包括： 1. **capacity**：HashMap的桶数量，初始化默认为16，后续扩容时会翻倍至2的幂。容量决定了哈希函数的计算范围。 2. **size**：存储的键值对数量，即Node的数量。 3. **loadFactor**：装载因子，衡量HashMap的填充程度，默认值为0.75，表示当size达到capacity的loadFactor时会触发扩容。 4. **threshold**：当size大于threshold时，HashMap会进行resize操作。threshold等于capacity乘以loadFactor。 HashMap有四种构造方法，其中一种接受用户自定义初始容量和默认loadFactor，会检查容量的有效性并计算出新的threshold。 核心的两个函数是： - **Hash()函数**：计算键的散列值，用于确定键在哈希表中的位置。这个函数在键的数量超过2的16次方时才发挥作用，且经过优化，旨在减少哈希冲突。 - **Resize()函数**：当HashMap需要扩展时，这个函数负责调整数据结构的大小，确保键值对均匀分布在新的桶中。新表中，旧元素可能保持原位置或移动到新位置。 插入键值对（put）的过程涉及以下步骤： 1. 接收键值对。 2. 计算键的散列值，根据哈希函数确定其在数组中的初始位置。 3. 在该位置查找键，若不存在则插入一个新的Node；若存在，处理哈希冲突，通过链表或红黑树的方式存储冲突的键值对。 4. 插入完成后，更新size。 总结来说，HashMap的核心原理是利用散列函数将键快速定位到存储桶，通过数组、链表或红黑树结构处理哈希冲突，以保证插入和查找操作的时间复杂度在平均情况下为O(1)。理解HashMap的内部机制有助于深入学习和优化Map类的使用，特别是在处理大数据集时。