HashMap详解+简单手写实现（哈希表）

1. 什么是 HashMap？

HashMap是Java集合框架中的一种数据结构，它实现了Map接口，用于存储键值对（Key-Value Pair）。HashMap允许null键和null值，并且不保证元素的顺序。

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2. HashMap 的工作原理

2.1 内部结构

• 数组 + 链表/红黑树：HashMap内部使用一个数组（称为table）来存储数据，每个数组元素是一个链表或红黑树的头节点。

• 哈希函数：通过哈希函数将键（Key）映射到数组的索引位置。

2.2 插入数据

• 计算哈希值：使用键的hashCode()方法计算哈希值。

• 计算索引：通过哈希值和数组长度计算索引位置。

• 处理冲突：如果索引位置已经有元素，则通过链表或红黑树处理冲突。

• 插入数据：将键值对插入到链表或红黑树中。

2.3 查找数据

• 计算哈希值：使用键的hashCode()方法计算哈希值。

• 计算索引：通过哈希值和数组长度计算索引位置。

• 查找数据：在链表或红黑树中查找键值对。

2.4 扩容机制

• 负载因子：HashMap有一个负载因子（默认0.75），当元素数量超过容量 * 负载因子时，HashMap会进行扩容。

• 扩容过程：创建一个新的数组，将旧数组中的元素重新哈希到新数组中。

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3. HashMap 的特点

3.1 优点

• 快速查找：通过哈希函数，HashMap可以在平均O(1)的时间复杂度内查找元素。

• 灵活：允许null键和null值。

3.2 缺点

• 无序：HashMap不保证元素的顺序。

• 线程不安全：HashMap不是线程安全的，多线程环境下需要使用ConcurrentHashMap。

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4. 常见问题

4.1 HashMap 和 Hashtable 的区别？

• HashMap：允许null键和null值，线程不安全。

• Hashtable：不允许null键和null值，线程安全。

4.2 HashMap 的负载因子为什么是0.75？

• 负载因子：0.75是时间和空间的一个平衡点，既不会浪费太多空间，也不会导致频繁扩容。

4.3 HashMap 如何处理哈希冲突？

• 链表：Java 8之前，HashMap使用链表处理冲突。

• 红黑树：Java 8之后，当链表长度超过8时，HashMap会将链表转换为红黑树，提高查找效率。

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5. 进一步优化与迭代方向

• 使用合适的初始容量：根据预估的元素数量设置初始容量，减少扩容次数。