HashMap扩容机制详解

HashMap 是 Java 中常用的哈希表实现，其扩容机制是保证哈希表性能的关键。当 HashMap 中的元素数量达到一定阈值时，会触发扩容操作，以减少哈希冲突，提高操作效率。以下是其扩容机制的详细说明：

1. 扩容触发条件

HashMap 扩容的核心判断条件是：当前元素数量（size） > 容量（capacity） × 负载因子（loadFactor）

• 容量（capacity）：哈希表的当前长度，默认为 16，且始终保持为 2 的幂
• 负载因子（loadFactor）：默认值为 0.75，用于平衡空间与时间效率
• 阈值（threshold）：capacity × loadFactor，当 size 超过此值时触发扩容

2. 扩容过程

1. 计算新容量：新容量 = 原容量 × 2（保持 2 的幂特性）
2. 创建新哈希表：根据新容量创建一个更大的数组
3. 重新哈希（rehash）：将原哈希表中的所有元素重新计算哈希值，并放入新数组中
   • 由于容量变为原来的 2 倍，元素在新数组中的索引可通过 原索引 + 原容量 计算得出（优化后的位运算）
4. 更新属性：将新数组、新容量、新阈值（新容量 × 负载因子）赋值给当前 HashMap

3. 关键代码逻辑（简化版）

java

运行

void resize() {
    Node<K,V>[] oldTab = table;
    int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
    int oldThr = threshold;
    int newCap, newThr = 0;

    // 计算新容量和新阈值
    if (oldCap > 0) {
        if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
        // 新容量 = 旧容量 × 2
        else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
            newThr = oldThr << 1; // 新阈值 = 旧阈值 × 2
    }

    // 创建新数组
    Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
    table = newTab;

    // 重新哈希所有元素到新数组
    if (oldTab != null) {
        for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
            Node<K,V> e;
            if ((e = oldTab[j]) != null) {
                oldTab[j] = null;
                if (e.next == null)
                    newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                else {
                    // 处理链表或红黑树的拆分
                    // ...
                }
            }
        }
    }
    threshold = newThr;
}

4. 扩容的影响

• 优点：扩容后哈希表容量增大，哈希冲突概率降低，查询、插入等操作效率提升
• 缺点：扩容过程需要重新哈希所有元素，会消耗额外的时间和资源，尤其是在元素数量较多时

5. JDK 1.8 后的优化

• 当链表长度超过 8 且数组容量 ≥ 64 时，会将链表转为红黑树，避免链表过长导致查询效率下降
• 重新计算索引时利用位运算特性（e.hash & (newCap - 1)），优化了元素迁移逻辑

理解 HashMap 的扩容机制，有助于在实际开发中根据业务场景合理设置初始容量和负载因子，从而优化哈希表的性能。