HashMap底层原理 什么是哈希表？哈希冲突？如何处理哈希冲突？

HashMap底层原理

什么是哈希表？

哈希表（Hash Table）是一种基于哈希函数实现的数据结构，它通过将键（key）映射到表中一个位置来访问记录，以支持快速的数据查找、插入和删除操作。

哈希表的核心思想：

1. 使用哈希函数将任意大小的数据（键）转换为固定大小的值（哈希值）
2. 使用这个哈希值作为数组索引来存储和查找数据

理想情况下，哈希表的查找、插入和删除操作的时间复杂度都是O(1)。

哈希冲突

哈希冲突（Hash Collision）是指不同的键经过哈希函数计算后得到了相同的哈希值，即多个键被映射到了哈希表的同一个位置。

产生原因：

1. 哈希函数的输出空间有限，而输入空间可能无限
2. 即使输入空间有限，也可能存在不同的输入产生相同的输出

处理哈希冲突的方法

1. 链地址法（Separate Chaining）

Java的HashMap采用的就是这种方法。

实现方式：

• 哈希表的每个位置（桶）不是一个元素，而是一个链表（或红黑树）
• 当发生冲突时，将新元素添加到对应位置的链表中
• 查找时，先计算哈希值找到对应桶，然后在链表中顺序查找

JDK 1.8优化：

• 当链表长度超过8时，转换为红黑树
• 当红黑树节点数小于6时，转换回链表

2. 开放地址法（Open Addressing）

当发生冲突时，按照某种探测方法在哈希表中寻找下一个空槽位。

探测方法：

• 线性探测：顺序查找下一个空位
• 二次探测：使用二次方程计算下一个位置
• 双重哈希：使用第二个哈希函数计算步长

3. 再哈希法（Rehashing）

当发生冲突时，使用另一个哈希函数计算新的位置。

4. 建立公共溢出区

将哈希表分为基本表和溢出表，冲突的元素都放入溢出表中。

Java HashMap的实现细节

1. 初始容量：默认16
2. 负载因子：默认0.75，当元素数量超过容量×负载因子时进行扩容
3. 扩容机制：每次扩容为原来的2倍
4. 哈希计算：使用键的hashCode()方法，并通过扰动函数减少冲突

   static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
   }
   

5. 树化阈值：链表长度>8且表容量≥64时转为红黑树

HashMap通过这种设计在大多数情况下提供了接近O(1)时间复杂度的操作性能。