HashMap底层原理（学习总结，纯讲解）_hashmap桶容量-优快云博客

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JDK1.7中的HashMap底层使用了数组+链表的方式来构建哈希表
JDK1.8中的HashMap底层使用了数组+链表+红黑树的方式来构建哈希表

底层原理

初始化

在HashMap内部维护一个桶数组(bucket)来存储元素,其默认的初始容量大小为16,负载因子为0.75。（此处桶数组就是指哈希表）
当然也可以通过调用带参构造来指定数组的初始容量。不过使用带构建创建初始容量时，有可能不会创建出自已指定大小的容量，而是调整为大于等于指定值的最小2的幂次方。例如：当你指定大小为10时，实际创建容量为16(2^4)。当你指定大小为17时，实际创建容量为32(2^5)。

为什么数组长度始终为2的幂次方呢？
主要是便于通过位运算替代取模操作提升效率。

添加元素

数组元素

在JDK8中，每一个数组元素都是一个叫 Node 的节点，如下：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
}

其中，hash存储的是元素键的值通过hashCode()计算后得出的值，因为它是 final 的，所以一旦被初始化，它的值就不能改变。
key和value存储的就是元素的键值对。
next 是指向下一个 Node 对象的引用，用于处理哈希冲突时的链表结构，
也就是HashMap 数组+链表 结构的由来。

元素添加过程

在每次添加元素时，会先进行hashCode() 计算，得出hash值，再通过用 (数组长度 - 1）& hash的位运算方式得出新添加元素所处的数组位置。如果当前数组位置为空则直接添加元素，若不为空则产生hash冲突，此时会将数组元素的 next 指向新添加的元素实现链表结构以解决hash冲突。

但是试想，当某一个桶(bucket)产生的hash冲突过多时，也就是桶中的链表结构过长时就会影响HashMap的查询效率，所以在JDK8时做出了改变。当某一个桶(bucket)中元素超过阈值8个时，会进行判断，如果当前桶数组(哈希表)的长度大于等于64时，桶中的链表结构会转换为红黑树(查询的时间复杂度降为logn)，如果长度小于64时，链表结构不会发生转换，而是会触发HashMap的扩容机制。

为什么当链表长度大于8，哈希表长度小于64时不会将链表转为红黑树呢？

其主要原因是当前哈希表的长度过短，完全可以通过加长哈希表的长度来降低哈希冲突的概率，所以进行了扩容操作。

链表与红黑树转换：当链表长度超过阈值8，且数组长度大于等于64时，链表转换为红黑树以提升查询效率（时间复杂度从O(n)降至O(logn)）；当节点数量减少到6时恢复为链表。

桶数组中的元素数量如果超过数组长度 * 负载因子的大小时也会触发扩容机制。