一、HashMap的底层实现
HashMap 是 Java 中常用的数据结构之一，用于存储键值对。它的底层实现是基于哈希表（Hash Table）。以下是 HashMap 的底层实现细节：
- 数组：
HashMap内部维护一个数组，数组的每个元素称为桶（bucket）。数组的长度通常是2的幂，这是为了便于哈希函数计算索引值。 - 链表和红黑树： 在每个桶中，如果发生哈希冲突（即两个不同的键具有相同的哈希值），那么这些键值对会以链表的形式存储在同一个桶中。从Java 8 开始，当链表的长度超过一定阈值时，会将链表转换为红黑树，以提高查询性能。
- 哈希函数：
HashMap使用键的哈希码来计算索引值。哈希码是通过调用键的hashCode()方法得到的。计算索引值的过程涉及到取模运算，即index = hashCode % arrayLength。 - 扩容： 当
HashMap中的元素个数超过了容量与负载因子的乘积时，就会触发扩容操作。负载因子是一个表示填充程度的浮点数，默认为0.75。扩容时，数组的长度会变为原来的两倍，并且原来的键值对需要重新计算哈希码和索引值，然后放入新的数组中。 - 并发性：
HashMap在多线程环境下是不安全的，因为多个线程可能同时修改HashMap，导致数据不一致。在Java 8及之后的版本中，提供了ConcurrentHashMap来解决这个问题，它通过分段锁和 CAS 操作来保证并发安全性。
参考资料
二、HashMap扩容机制
概念
HashMap 的扩容是为了保持其在负载因子（load factor）范围内的性能。负载因子是一个表示填充程度的浮点数，默认值为 0.75。当 HashMap 中的元素数量达到容量与负载因子的乘积时，就会触发扩容操作。
详细扩容：
1、初始容量
当创建一个新的 HashMap 时，它会有一个初始容量，通常是16。这个初始容量可以在构造函数中指定，但如果不指定，默认值为16。
2、添加元素
当往 HashMap 中添加键值对时，首先计算键的哈希码，并根据哈希码计算索引值。如果该索引位置没有元素，直接插入；如果有元素，发生哈希冲突，就会以链表的形式添加到相应的桶中。
3、元素数量检查
在每次添加元素后，HashMap 会检查当前元素的数量是否超过了容量与负载因子的乘积，即 size > threshold = capacity * loadFactor。
4、触发扩容
如果元素数量超过了阈值，就会触发扩容操作。扩容时，HashMap 将会创建一个新的数组，长度是原数组的两倍（newCapacity = oldCapacity * 2），然后将原数组中的元素重新计算哈希码和索引值，放入新数组中。
5、迁移元素
扩容后，原数组中的每个桶可能包含一个链表或一棵红黑树。HashMap 将遍历原数组中的每个桶，然后将其中的元素迁移到新数组中。在迁移的过程中，由于新数组长度是原数组长度的两倍，因此每个元素的索引值可能会发生变化。
6、更新容量和阈值
扩容后，HashMap 更新自己的容量和阈值。容量变为新数组的长度，阈值变为新容量与负载因子的乘积。
代码：
import java.util.Arrays; import java.util.LinkedList; public class MyHashMap<K, V> { private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; private Node<K, V>[] table; private int size; private int threshold; @SuppressWarnings("unchecked") public MyHashMap() { table = new Node[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR); } public void put(K key, V value) { if (key == null) { throw new IllegalArgumentException("Key cannot be null"); } if (size + 1 > threshold) { resize(); } int hash = hash(key); int index = getIndex(hash, table.length); if (table[index] == null) { table[index] = new Node<>(hash, key, value); size++; } else { LinkedList<Node<K, V>> bucket = table[index].getBucket(); for (Node<K, V> node : bucket) { if (node.key.equals(key)) { // Key already exists, update the value node.value = value; return; } } // Key does not exist in the bucket, add a new node bucket.add(new Node<>(hash, key, value)); size++; } } private void resize() { int oldCapacity = table.length; int newCapacity = oldCapacity * 2; threshold = (int) (newCapacity * DEFAULT_LOAD_FACTOR); Node<K, V>[] newTable = new Node[newCapacity]; for (Node<K, V> node : table) { if (node != null) { LinkedList<Node<K, V>> bucket = node.getBucket(); for (Node<K, V> entry : bucket) { int hash = hash(entry.key); int index = getIndex(hash, newCapacity); if (newTable[index] == null) { newTable[index] = new Node<>(hash, entry.key, entry.value); } else { newTable[index].getBucket().add(new Node<>(hash, entry.key, entry.value)); } } } } table = newTable; } private int hash(K key) { // Simplified hash function for illustration purposes return key.hashCode(); } private int getIndex(int hash, int length) { // Simplified index calculation for illustration purposes return hash % length; } private static class Node<K, V> { private final int hash; private final K key; private V value; private LinkedList<Node<K, V>> bucket; public Node(int hash, K key, V value) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.bucket = new LinkedList<>(); this.bucket.add(this); } public LinkedList<Node<K, V>> getBucket() { return bucket; } } public static void main(String[] args) { MyHashMap<String, Integer> myHashMap = new MyHashMap<>(); myHashMap.put("One", 1); myHashMap.put("Two", 2); myHashMap.put("Three", 3); // ... (additional testing and usage) } }
