Java集合之HashMap的数据结构分析

总所周知，Java中键值对集合，我们最常用的就是HashMap，那么它的数据结构，以及如何存储键值对，包括为什么使用红黑树，链表等许多数据结构，下面我们一起学习交流

1.HashMap的数据结构：

HashMap的数据结构采用：数组（哈希表）+链表+红黑树
1.数组（哈希表）：
   HashMap内部定义了一个数组，数组中的每个位置被称为“桶”（Bucket），这是HashMap的基础结构【哈希表】；
   下标位置：当添加一个新的key-value 键值对时，会根据key的hashcode（），通过哈希函数（也叫哈希干扰函数）计算出一个新的哈希值 hash，并通过这个 hash值，计算key-value键值对在数组中的下标位置（桶，Bucket）
   数组容量：在添加第一个key-value键值对时，数组容量被初始化为16，并且可以根据key-value键值对的数量和负载因子（加载因子），数组会自动按照两倍扩容
2.链表：
   数组的每个位置（Bucket 桶）可以保存一个或多个key-value键值对
   当两个或更多的key-value键值对，被映射到数组的同一个位置（桶，bucket）时，就产生了哈希冲突
   HashMap使用链地址法，解决哈希冲突，这些键值对将以链表的形式存储在产生冲突的位置（桶，Bucket）

3.红黑树：
   为了优化链表的查询性能，当链表长度超过一个阈值（默认是8）并且数组的容量大于等于64时，链表会转换成红黑树
   红黑树是一种自平衡的二叉查找树，它可以基于二分查找的方式，进行元素的查找，提高查找性能，这对于较长的链表来说是一个明显的性能提升
   当红黑树中的节点数量减少到6各或更少时，红黑树转换回链表

.HashMap如何计算key-value键值对元素在数组中的存储位置：

为了时key-value元素可以均匀散列的保存在HashMap的数组中，所以使用key的哈希值进行哈希扰动函数计算出一个新的hash值
在JDK1.8版本之前，HashMap会将这个hash值与数组长度进行%模运算出一个下标，从而确定key-value在数组中的存储位置
例如：数组长度默认为16，12580%16=4，753951%16=15，所以哈希值为12500，753951的键值对，会存储在数组下标为4和3的位置

在JDK1.8版本以后，由于% 模运算性能消耗比较大，所以采用（长度-1）&hash的位运算来计算存储位置
例如：数组长度默认为16，（16-1）&12580=4，（16-1）&753951 ，所以哈希值为12580，753951的键值对，会继续存储在数组下标为4和3的位置。

HashMap的扩容机制？

HashMap的用来进行扩容的方法是resize();
HashMap在以下三种场景下，会触发扩容机制：
   1.当HashMap通过无参构造方法创建，在第一次调用put()方法添加key-value键值对时，数组初始化为16；
   2.当HashMap中的元素个数超过扩容阈值threshold时，数组的容量按照原容量的2倍进行扩容：
       扩容阈值threshold=数组容量×加载因子LoadFactor
       加载因子LoadFactor的默认值为0.75，数组容量默认为16，扩容阈值threshold默认值为12（16*0.75=12）；
       所以，当HashMap中元素个数超过12时，数组的容量按照原容量的2倍进行扩容（16*2=32）；
   3.加入元素时，如果链表长度大于阈值（默认为8）并且数组长度小于64，会产生数组扩容