HashMap 源码剖析：揭秘高效键值对存储的奥秘

HashMap，一个 Java 世界中广为人知的键值对存储结构，以其高效和灵活性深受程序员青睐。它内部蕴含着丰富的算法和数据结构知识，值得我们深入探索。在这篇文章中，我们将剥开 HashMap 的神秘面纱，逐一解析其核心算法和数据结构。

散列函数：将键映射到数组索引

HashMap 的核心思想是通过散列函数将键映射到一个数组索引上。这个数组称为散列表。当我们想要存储一个键值对时，首先会通过散列函数计算出键对应的数组索引，然后将键值对存储在该索引下的链表中。当我们想要查找一个值时，也会通过散列函数计算出键对应的数组索引，然后在该索引下的链表中查找键值对。

扰乱函数：减少冲突，提升性能

为了减少冲突，即多个键映射到同一个数组索引的情况，HashMap 引入了扰乱函数。扰乱函数对键进行处理，使得其在散列函数计算出的索引上更加均匀地分布。这样，冲突的概率就会大大降低。

容量开辟：动态调整数组大小

随着键值对数量的增加，散列表可能会变得过于拥挤。为了保证 HashMap 的性能，需要动态地调整散列表的大小。当散列表的负载因子（即键值对数量与数组大小的比值）超过某个阈值时，HashMap 会重新分配一个更大的数组，并将键值对重新映射到新的数组上。

红黑树平衡：提升链表性能

当链表长度超过某个阈值时，HashMap 会将链表转换为红黑树。红黑树是一种自平衡二叉查找树，它可以保证在最坏情况下查找、插入和删除操作的时间复杂度都是 O(log n)。这样，即使链表很长，查找、插入和删除操作也不会变得非常慢。

链表下标位移：提升遍历性能

为了进一步提升遍历性能，HashMap 在链表中引入了下标位移的概念。下标位移是指链表中每个节点除了存储键值对之外，还存储了一个指向数组中下一个链表的指针。这样，在遍历链表时，就可以通过下标位移直接跳转到下一个链表，而不需要遍历整个数组。

左旋右旋：保持红黑树平衡

在红黑树中，为了保持平衡，需要进行左旋和右旋操作。左旋是指将一个节点的右子树旋转到该节点的左子树，而右旋是指将一个节点的左子树旋转到该节点的右子树。通过左旋和右旋操作，可以调整红黑树的结构，使其保持平衡。

HashMap 的应用场景

HashMap 的应用场景非常广泛，几乎涉及到任何需要存储键值对数据的场合。例如，在 Java 中，HashMap 被广泛用于存储配置信息、缓存数据、对象池等。在分布式系统中，HashMap 也被用于存储分布式缓存、分布式锁等。

结语

HashMap 是一个非常重要的数据结构，它在 Java 中被广泛使用。了解 HashMap 的内部原理可以帮助我们更好地理解和使用这个数据结构。本文对 HashMap 的核心算法和数据结构进行了详细的解析，希望对读者有所帮助。