深究JDK8 HashMap源码精髓—P2，揭秘高效键值存储的奥秘

HashMap是Java集合框架中非常重要的一个类，它实现了Map接口，用于存储键值对。JDK8对HashMap进行了优化，引入了红黑树来处理哈希冲突，显著提升了HashMap的性能。本文将深入探讨JDK8 HashMap的put方法和resize方法的具体实现细节，帮助读者更好地理解HashMap的工作原理。

当我们调用HashMap的put方法插入一个键值对时，HashMap首先会根据键的hashCode()方法计算出该键的哈希值。然后，HashMap会利用一个扰动函数对哈希值进行处理，目的是使哈希值分布更加均匀，减少哈希冲突的概率。

得到处理后的哈希值后，HashMap会通过(n - 1) & hash的运算来确定该键值对应该存储在哪个桶中。这里n是HashMap的容量，也就是桶数组的长度。这个运算相当于对哈希值取模，得到的结果就是桶的索引。

如果该桶中还没有任何元素，那么HashMap会直接将新的键值对存储到该桶中。如果该桶中已经存在其他元素，那么就发生了哈希冲突。

在JDK8之前，HashMap使用链表来解决哈希冲突。当发生哈希冲突时，HashMap会将新的键值对添加到链表的头部。这样，当需要查找某个键对应的值时，就需要遍历链表，时间复杂度为O(n)，其中n是链表的长度。

JDK8对HashMap的冲突处理机制进行了优化，引入了红黑树。当链表的长度超过8，并且HashMap的容量大于等于64时，HashMap会将链表转换为红黑树。红黑树是一种自平衡的二叉查找树，查找的时间复杂度为O(log n)，相比链表的O(n)有了很大的提升。

当HashMap中的元素数量达到容量 * 负载因子时，HashMap会进行扩容操作。负载因子默认是0.75，也就是说，当HashMap中元素的数量达到容量的75%时，就会进行扩容。

扩容操作会创建一个新的桶数组，容量是原来的两倍。然后，HashMap会遍历旧桶数组中的所有元素，重新计算它们的哈希值，并将它们放到新的桶数组中。这个过程称为rehash。

rehash是一个比较耗时的操作，因为它需要遍历HashMap中的所有元素。为了减少rehash的次数，我们可以根据实际情况预估HashMap中元素的数量，并在创建HashMap时指定一个合适的初始容量。

常见问题解答

1. 为什么JDK8 HashMap要引入红黑树？

引入红黑树是为了解决哈希冲突严重时链表查找效率低下的问题。当链表长度过长时，查找的时间复杂度会退化到O(n)，而红黑树的查找时间复杂度为O(log n)，可以显著提升查找效率。

2. HashMap的负载因子为什么是0.75？

负载因子是空间利用率和时间效率之间的一种平衡。如果负载因子过高，例如接近1，那么哈希冲突的概率会增加，导致查找效率降低；如果负载因子过低，例如0.5，那么空间利用率会降低，浪费内存空间。0.75是一个经验值，可以兼顾空间利用率和时间效率。

3. HashMap的初始容量应该如何选择？

初始容量应该根据实际情况预估HashMap中元素的数量来选择。如果预估元素数量较多，可以选择一个较大的初始容量，以减少rehash的次数。如果预估元素数量较少，可以选择一个较小的初始容量，以节省内存空间。

4. HashMap是线程安全的吗？

HashMap不是线程安全的。如果多个线程同时对HashMap进行修改操作，可能会导致数据不一致的问题。如果需要在多线程环境下使用HashMap，可以使用ConcurrentHashMap，它是线程安全的。

5. HashMap和HashTable有什么区别？

HashMap和HashTable都是实现了Map接口的类，用于存储键值对。它们的主要区别在于：HashMap不是线程安全的，而HashTable是线程安全的；HashMap允许键和值为null，而HashTable不允许。

希望本文能够帮助读者更好地理解JDK8 HashMap的put方法和resize方法的实现细节，以及HashMap的一些常见问题。HashMap是Java集合框架中非常重要的一个类，掌握它的原理可以帮助我们更好地使用它，从而提高代码质量和性能。