HashMap 的基础结构，必须掌握！("HashMap核心基础结构详解：开发者必备知识！")

一、HashMap简介

HashMap 是 Java 中非常常用的一个数据结构，它基于散列（Hashing）原理实现。HashMap 允许我们以键值对（Key-Value）的形式存储数据，并提供了高效的查询、插入和删除操作。作为开发者，懂得 HashMap 的核心基础结构是至关重要的。

二、HashMap的数据结构

HashMap 的核心数据结构包括以下几个部分：

• 数组：用于存储数据
• 链表：用于解决哈希冲突
• 红黑树：用于优化链表查询性能

三、数组

HashMap 底层采用了一个数组来存储数据，数组的每个元素是一个链表或者红黑树的根节点。数组的长度在 HashMap 初始化时指定，默认为 16。当数组中的元素数量大致有一定的比例（即负载因子）时，HashMap 会进行扩容操作，即创建一个更大的数组，并将原有元素重新散列到新数组中。

四、哈希函数

HashMap 使用哈希函数来确定元素的存储位置。哈希函数将键（Key）转换成数组索引。Java 中的 HashMap 使用以下哈希函数：

int hash = key.hashCode();
int index = hash & (arrayLength - 1);

其中，key.hashCode() 是键的哈希码，arrayLength 是数组的长度。通过取模运算，我们可以得到元素在数组中的索引位置。

五、链表

当两个不同的键经过哈希函数计算后得到相同的索引时，会出现哈希冲突。为了解决哈希冲突，HashMap 在数组的每个位置上维护了一个链表。当出现冲突时，新的元素会被添加到链表的末尾。在查找、插入和删除操作时，HashMap 会遍历链表以找到目标元素。

六、红黑树

当链表的长度超过一定阈值（默认为8）时，为了优化查询性能，HashMap 会将链表转换成红黑树。红黑树是一种自平衡二叉搜索树，可以保持元素的有序性，从而节约查询效能。在红黑树中，节点的颜色和旋转操作用于保持树的平衡。

七、HashMap的操作

HashMap 提供了以下几种常见操作：

• put(K key, V value)：插入键值对到 HashMap 中
• get(K key)：结合键获取对应的值
• remove(K key)：从 HashMap 中删除键值对
• size()：返回 HashMap 中元素的数量

八、put操作详解

以下是 put 操作的详细步骤：

1. 计算键的哈希码，并确定其在数组中的索引位置；
2. 如果数组在该索引位置上为空，则直接将键值对存储在该位置；
3. 如果数组在该索引位置上不为空，则判断链表或红黑树中是否已存在相同的键；
4. 如果存在相同的键，则更新对应的值；
5. 如果不存在相同的键，则将新的键值对添加到链表或红黑树的末尾；
6. 如果链表长度超过阈值，则将链表转换成红黑树；
7. 如果元素数量大致有负载因子，则进行扩容操作。

九、get操作详解

以下是 get 操作的详细步骤：

1. 计算键的哈希码，并确定其在数组中的索引位置；
2. 如果数组在该索引位置上为空，则返回 null；
3. 如果数组在该索引位置上不为空，则遍历链表或红黑树以查找目标键；
4. 如果找到目标键，则返回对应的值；
5. 如果未找到目标键，则返回 null。

十、remove操作详解

以下是 remove 操作的详细步骤：

1. 计算键的哈希码，并确定其在数组中的索引位置；
2. 如果数组在该索引位置上为空，则无需操作；
3. 如果数组在该索引位置上不为空，则遍历链表或红黑树以查找目标键；
4. 如果找到目标键，则从链表或红黑树中删除该节点；
5. 如果链表或红黑树变为空，则将数组在该索引位置上的元素设置为 null；
6. 如果链表长度小于阈值，则将红黑树转换成链表。

十一、总结

HashMap 是一种高效的数据结构，它基于散列原理实现。懂得 HashMap 的核心基础结构，包括数组、链表和红黑树，对于开发者来说非常重要。通过掌握 HashMap 的操作原理，我们可以更好地利用它来优化程序性能。

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