HashMap 集合底层的数据结构

HashMap 特点：

存储无序的。
键和值位置都可以是 null，但是键位置只能存在一个 null。
键位置是唯一的，是底层的数据结构控制的。
jdk1.8 前数据结构是链表+数组，jdk1.8 之后是链表+数组+红黑树。
阈值（边界值）> 8 并且数组长度大于 64，才将链表转换为红黑树，变为红黑树的目的是为了高效的查询。
流程图：

 

size 表示 HashMap 中键值对的实时数量，注意这个不等于数组的长度。
threshold（临界值）= capacity（容量）* loadFactor（负载因子）。这个值是当前已占用数组长度的最大值。size超过这个值就重新 resize（扩容），扩容后的 HashMap 容量是之前容量的两倍。

面试题
HashMap 中 hash 函数是怎么实现的？还有哪些hash函数的实现方式？
答：对于 key 的 hashCode 做 hash 操作，无符号右移 16 （>>>>）位然后做异或运算(^),按位与（&）计算出索引。还有平方取中法，伪随机数法和取余数法。这三种效率都比较低。而无符号右移 16 位异或运算效率是最高的。
当两个对象的 hashCode 相等时会怎么样？
答：会产生哈希碰撞。若 key 值内容相同则替换旧的 value，不然连接到链表后面，链表长度超过阈值 8 且数组长度超过64就转换为红黑树存储。
什么是哈希碰撞，如何解决哈希碰撞？
答：只要两个元素的 key 计算的哈希码值相同就会发生哈希碰撞。jdk8 之前使用链表解决哈希碰撞。jdk8之后使用链表 + 红黑树解决哈希碰撞。
如果两个键的 hashCode 相同，如何存储键值对？
答：通过 equals 比较内容是否相同。相同：则新的 value 覆盖之前的 value。不相同：则将新的键值对添加到哈希表中。

问题：为什么 Map 桶中结点个数超过 8 才转为红黑树？

我们都知道，链表的时间复杂度是O(n)，红黑树的时间复杂度O(logn)，很显然，红黑树的复杂度是优于链表的，既然这么棒，那为什么hashmap为什么不直接就用红黑树呢?请看下图

源码中的注释写的很清楚，因为树节点所占空间是普通节点的两倍，所以只有当节点足够多的时候，才会使用树节点。也就是说，节点少的时候，尽管时间复杂度上，红黑树比链表好一点，但是红黑树所占空间比较大，综合考虑，认为只能在节点太多的时候，红黑树占空间大这一劣势不太明显的时候，才会舍弃链表，使用红黑树。说白了就是空间和时间的权衡。

为了配合使用分布良好的hashCode，树节点很少使用。并且在理想状态下，受随机分布的hashCode影响，链表中的节点遵循泊松分布，而且根据统计，链表中节点数是8的概率已经接近千分之一，而且此时链表的性能已经很差了。所以在这种比较罕见和极端的情况下，才会把链表转变为红黑树。因为链表转换为红黑树也是需要消耗性能的，特殊情况特殊处理，为了挽回性能，权衡之下，才使用红黑树，提高性能。也就是大部分情况下，hashmap还是使用的链表，如果是理想的均匀分布，节点数不到8，hashmap就自动扩容了。

综上所述,我们可以看到，一个 桶 中链表长度达到 8 个元素的槪率为 0.00000006，几乎是不可能事件。所以，之所以选择 8，不是随便決定的，而是裉据概率统计决定的。甶此可见，发展将近30年的 Java 每一项改动和优化都是非常严谨和科学的。

也就是说：选择 8 因为符合泊松分布，超过 8 的时候，概率已经非常小了，所以我们选择 8 这个数宇。

补充：

Poisson 分布（泊松分布），是一种统计与概率学里常见到的离散[概率分布]。泊松分布的概率函数为：

泊松分布的参数 A 是单位时间（或单位面积）内随机事件的平均发生次数。泊松分布适合于描述单位时间内随机事件发生的次数。

以下是在一些资料上面翻看的解释，供大家参考：

红黑树的平均查找长度是 log(n)，如果长度为 8，平均查找长度为 log(8) = 3，链表的平均查找长度为 n/2，当长度为 8 时，平均查找长虔为 8/2 = 4，这才有转换成树的必要；链表长度如果是小于等于 6， 6/2 = 3，而 log(6) = 2.6，虽然速度也很快的，但是转化为树结构和生成树的时间并不会太短。

增加方法 put() (重点)
put方法是比较复杂的，实现步骤大致如下：

1.先通过 hash 值计算出 key 映射到哪个桶；

2.如果桶上没有碰撞冲突，则直接插入；

3.如果出现碰撞冲突了，则需要处理冲突：

4.a 如果该桶使用红黑树处理冲突，则调用红黑树的方法插入数据；

5.b 否则采用传统的链式方法插入。如果链的长度达到临界值，则把链转变为红黑树；

6.如果桶中存在重复的键，则为该键替换新值 value；

7.如果 size 大于阈值 threshold，则进行扩容；

原文链接：https://blog.csdn.net/m0_46690280/article/details/108341215