HashMap put原理詳解（基於jdk1.8）
此文轉載自：https://blog.csdn.net/weixin_49631226/article/details/110247453
前言
本文是個人對Hashmap的一些個人見解，主要通過使用hashmapput的一些程式碼來闡述其底層實現原理，在面試中也會經常會用到，如有不對的地方望大家指正。
（1）先描述一下hashmap的一個底層資料結構：
Hashmap底層是由陣列和連結串列結合實現的。如下圖：
其中每個table[x]（或table[x].next...）都是一個node，都是一個插入的元素
Node實體類為：
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; ... }
可以看到有四個引數：hash（hash值）、key（我們平常put的key）、value（put的value）、next（hashMap資料結構圖中的.next，也就是記錄連結串列中每個元素的後繼元素）
1.建立hashmap物件：Map<String,Object> map = new HashMap<>();
建立一個map物件，物件中的一些引數屬性被賦予預設值，主要有參考容量（capacity）、擴容閾值（threshold）和負載因子（loadFactor），下面簡單介紹一下這些引數屬性的作用和關係。
（1）參考容量（capacity）
用來作為建立map物件中Node[]陣列的初始長度（容量）的參考，
可以自己指定長度，指定方式為：Map<String,Object> map = new HashMap<>(capacity);//capacity的值就是你要指定的長度
這裡之所以說是參考，是因為hashmap內部有一個機制：建立map物件中Node[]陣列的初始長度必須要是2的n次方（原因在2.（3）），當你設定長度是23的時候，hashmap會把初始長度設定成32。因為23在16（2的4次方）到32（2的5次方）之間，取最大的數32。
（2）擴容閾值（threshold）和負載因子（loadFactor）
hashmap在新增元素的過程中，如果達到擴容閾值，就會擴大Node[]陣列的長度
其預設值為：參考容量 *負載因子
而負載因子的預設值為0.75，可以修改但是不建議修改。
2.首次put：map.put("haha","haha的值");
將"haha的值"插入到"haha"的鍵的node中。
這裡可以帶幾個問題：
元素要想把值插到陣列+連結串列的結構中的話，首先要接觸陣列，然後再接觸連結串列
那我們怎麼知道要把元素放在陣列的哪個位置（陣列下標怎麼得到）？
什麼情況下會把元素放在連結串列裡？
（1）計算出"haha"的hash值
int hash = hash("haha");（2）判斷陣列是否為空
判斷Node[]陣列是否為空，為空的話按照初始長度開闢陣列空間
（3）對hash值作減一與運算得到陣列下標
直接算出來的hash值可能非常大，不可能直接當作陣列下標的。對此hashmap的設計者有自己的解決方案：求餘
也就是：index = hash值 %陣列長度
這樣的話index的值永遠都在陣列長度之內，也就可以作為陣列下標了
但是這樣做有一個缺點：效率低，於是hashmap的設計者把求餘改成了一個效率更高的運算：減一與運算
也就是：index =hash值 & (陣列長度-1)
為什麼這樣得出來的index也在陣列長度之內呢？可以看下例子（由於是位運算，需要把hash值和陣列長度分解成二進位制，這樣看的更清楚，假設它兩二進位制只有八位）：
陣列長度： 0001 0000
陣列長度-1： 0000 1111
hash值： 1101 0101
與操作： 0000 0101
可以看到，陣列長度-1後，前四位變成了0，跟hash值作與操作之後，hash值前四位不管是什麼，都會變成0，而後四位由於對方都是1，因此得以保留下來。這樣得到最後的結果永遠都不會超過陣列長度。
這裡必須要滿足一個前提條件：陣列長度必須要是2的n次方。因為這樣才能保證陣列長度-1之後，前面為0，後面為1。
（4）把值賦給對應的node
陣列下標拿到了，要插入的位置也就基本確定了。在插入之前，hashmap會去判斷當前陣列位置上有沒有元素，由於我們這是第一次插入，因此這裡就是直接插入元素。
這裡插入的方式很簡單，就是把node的四大引數（hash值、key、value、next）賦給當前陣列位置上的node。由於是位置上第一個元素，後繼沒有連結串列元素，next的值就是null。
（5）插入後操作
插入之後，hashmap的全域性變數：size，也就是已有元素數量，加一，然後看下有沒有大於擴容閾值，如果大的話就要擴容。
（6）最終效果（這裡設"haha"算出的index為2）
3.put不同key不同index的值：map.put("heihei","heihei的值");
這裡的過程和2.一樣，最終結果為（這裡設"heihei"算出的index為0）：
4.put相同key的值：map.put("haha","haha另一個值");
這裡得到陣列下標值之後，發現位置上已經有元素了，這種情況就叫做雜湊碰撞
這時候，就要看看這個位置上的元素是不是同一個key，是的話就覆蓋，不是的話就追加到後繼連結串列——這就是連結串列的作用
怎麼判斷是不是同一個key呢？
（1）hash值是否相等
首先要看看計算出來的hash值是否相等，這裡算出來的是相等的。
（2）兩個key是否相等
hash值相等，兩個key不一定相等，因為算hash值需要呼叫hashCode()方法，這個方法我們是可以自己複寫的，可能會出現很多不同結果相等的情況。
所以我們需要通過"=="和equals()來判斷兩個key是否相等。這裡算出來的是相等的。
為什麼不直接判斷是否相等，而還要先判斷hash值？
因為hash值不相等，那肯定不是同一個key。算hash值相對來說速度快點，有這個先把關會大大提高效率，而不是上來就==和equals。
（3）覆蓋原值
判斷是同一個key，那就直接覆蓋原值就行了，最終結果為：
5.首次put不同key相同index的值：map.put("haha2","haha2的值")
這裡假設"haha2"算出來的index和"haha"一樣。
在這個前提下，自然就會出現雜湊碰撞。這時候的過程也是和4.一樣，區別在於在比對key的時候，發現兩個key的hash值不相等，也就不是同一個key
之後自然會把這個元素插到"haha"元素後面形成連結串列
插入的方式很簡單，就是把"haha2"元素賦給"haha"的next，"haha2"的next為null
最終結果為：
這裡插入之前會進行一些判斷，比如是否是紅黑樹等等，後面的情況會細講。
6.繼續put不同key相同index的值：map.put("haha3","haha3的值")
這裡假設"haha3"算出來的index和"haha"一樣。
過程和5.一樣，區別在於在比對的時候，會遍歷當前陣列位置上鍊表的所有元素，如果發現相同key則覆蓋，沒有相同key就追加到連結串列後面。
最終結果為：
7.put到連結串列轉成紅黑樹：map.put("haha8","haha8的值")
這裡假設"haha8"算出來的index和"haha"一樣。
這裡假設連結串列上的元素已經有7個了。
前面我們發現，隨著put的元素越來越多，雜湊碰撞的次數也越來越頻繁，導致連結串列會越來越長，這樣每次put要遍歷的元素也越來越多，會讓hashmap的效能越來越差。
（1）連結串列轉成紅黑樹
於是紅黑樹的解決方案就出現了。紅黑樹是一種能讓遍歷的效率更高的一種資料結構。
當連結串列的元素數量達到8的時候，當前連結串列自動轉成紅黑樹的形式儲存，能大大提升遍歷效率。
（2）擴容機制
除了紅黑樹，還有沒有什麼解決方案可以提高效能呢？
有——擴容機制
之所以連結串列越來越長，是因為雜湊碰撞的次數太頻繁了。那我們可以通過降低這種次數來提升效能。擴容可以做到這一點。
擴容是增加陣列的長度，這樣我們就有更多的空間去分配連結串列的位置，雜湊碰撞的次數就會少很多。
類似於我們去餐廳吃飯，位置越多我們吃上飯的概率就越大，而不用老是等位（遍歷）。
hashmap的擴容過程簡單來說就是新建一個長度為原來2倍（因為要滿足2的n次方）的陣列Node[]，然後把舊陣列+連結串列上的元素全部轉移到新的Node[]上
連結串列長度為8的時候一定會轉成紅黑樹嗎？
不一定，如下程式碼：
if (tab == null || (n = tab.length) < 64) resize(); else //轉成紅黑樹可以看到會先做判斷，滿足擴容條件會先擴容，不擴容再轉成紅黑樹。
（3）最終效果（"haha8"put進去對應連結串列轉成了紅黑樹）
8.總結
Hashmap執行put的時候有以下幾個步驟：