hashmap是java中一种存储键值对的数据结构，其底层由数组+链表（或红黑树）组成；1.通过哈希函数将键转换为数组索引以实现快速存取；2.采用链地址法解决哈希冲突，链表过长时转为红黑树；3.扩容时新建更大数组并重新哈希以维持性能；4.非线程安全，多线程下需用concurrenthashmap或synchronizedmap保障安全；5.与hashtable相比，hashmap允许null键值且性能更优，但非线程安全。
HashMap，简单来说，就是Java中一种用于存储键值对的数据结构。它允许你通过键快速找到对应的值，就像查字典一样。但HashMap的内部实现比查字典复杂得多，涉及到哈希函数、冲突解决等概念。理解HashMap的工作原理，能让你在实际开发中更好地选择和使用它，避免一些潜在的性能问题。
HashMap的实现原理，其实就是围绕着如何高效地存储和检索键值对展开的。
HashMap的底层数据结构：数组 + 链表（或红黑树）
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HashMap的核心在于一个数组，数组中的每个元素被称为桶（Bucket）。每个桶可以存储一个键值对，但更常见的情况是，多个键值对的键通过哈希函数计算后得到相同的索引，这时就会发生哈希冲突。为了解决冲突，每个桶实际上存储的是一个链表（在JDK 8之后，当链表长度超过一定阈值时，会转换为红黑树）。
哈希函数：将键转换为数组索引的关键
哈希函数的作用是将键转换为数组的索引。一个好的哈希函数应该尽可能地将键均匀地分布到数组中，以减少哈希冲突。Java中的HashMap使用键的hashCode()方法来计算哈希值，然后通过一些位运算来得到数组的索引。
处理哈希冲突：链地址法和红黑树
当多个键的哈希值相同，导致它们被分配到同一个桶时，就发生了哈希冲突。HashMap使用链地址法来解决冲突，即将具有相同哈希值的键值对存储在同一个链表中。当链表过长时，查找效率会降低，因此在JDK 8中，当链表长度超过8时，链表会被转换为红黑树，以提高查找效率。
扩容机制：动态调整HashMap的容量
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当HashMap中的键值对数量超过一定阈值时，就需要进行扩容。扩容会创建一个新的更大的数组，并将原数组中的所有键值对重新哈希到新数组中。扩容是一个比较耗时的操作，因此应该尽量避免频繁扩容。
如何选择合适的初始容量？
HashMap的初始容量是指创建HashMap时分配的数组大小。选择合适的初始容量可以减少HashMap的扩容次数，提高性能。如果预先知道HashMap需要存储的键值对数量，可以根据以下公式计算初始容量：
initialCapacity = (需要存储的键值对数量 / 负载因子) + 1
其中，负载因子默认为0.75。例如，如果需要存储1000个键值对，则初始容量应设置为(1000 / 0.75) + 1 = 1334。
另外，需要注意的是，HashMap的容量必须是2的幂次方。如果设置的初始容量不是2的幂次方，HashMap会自动将其调整为大于该值的最小的2的幂次方。
HashMap的线程安全性问题
HashMap不是线程安全的。如果在多线程环境下同时对HashMap进行读写操作，可能会导致数据不一致或死循环等问题。
例如，当多个线程同时put数据时，可能会导致数据覆盖。当一个线程正在进行扩容操作时，另一个线程尝试put数据，可能会导致死循环。
为了解决HashMap的线程安全问题，可以使用以下方法：
- 使用Collections.synchronizedMap()方法将HashMap包装成线程安全的Map。
- 使用ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap是Java并发包中提供的一个线程安全的HashMap实现。它使用了分段锁技术，允许多个线程同时访问不同的段，从而提高了并发性能。
HashMap和HashTable的区别是什么？
HashMap和HashTable都是Java中用于存储键值对的数据结构，但它们之间存在一些重要的区别：
- 线程安全性： HashMap不是线程安全的，而HashTable是线程安全的。HashTable的所有方法都使用了synchronized关键字进行同步，因此可以在多线程环境下安全地使用。
- 是否允许null键和null值： HashMap允许键和值为null，而HashTable不允许。如果尝试将null键或null值放入HashTable中，会抛出NullPointerException。
- 哈希函数： HashMap使用键的hashCode()方法来计算哈希值，而HashTable使用自己的哈希函数。
- 扩容方式： HashMap的扩容方式是创建一个新的更大的数组，并将原数组中的所有键值对重新哈希到新数组中。HashTable的扩容方式是将容量增加一倍。
- 性能： 由于HashTable是线程安全的，因此在多线程环境下性能较低。HashMap在单线程环境下性能较高，但在多线程环境下需要进行额外的同步处理。
总的来说，HashMap适用于单线程环境或对性能要求较高的多线程环境，而HashTable适用于对线程安全性要求较高的多线程环境。在JDK 5之后，推荐使用ConcurrentHashMap来代替HashTable，因为它提供了更好的并发性能。
