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1. 核心数据结构

JDK 1.7 及之前：数组 + 链表
JDK 1.8 及之后：数组 + 链表/红黑树（链表长度 ≥8 时转红黑树，≤6 时退化为链表）

// JDK 1.8 的 Node 定义（链表节点）
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;final K key;V value;Node<K,V> next; // 链表指针
}// TreeNode 定义（红黑树节点）
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {TreeNode<K,V> parent;  // 父节点TreeNode<K,V> left;    // 左子树TreeNode<K,V> right;   // 右子树TreeNode<K,V> prev;    // 前驱节点boolean red;           // 颜色标识
}

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2. 哈希函数设计

作用：将 Key 映射到数组索引，尽可能减少哈希冲突。
JDK 1.8 的优化：

static final int hash(Object key) {int h;// 高16位与低16位异或，提升散列性return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

索引计算：
index = (table.length - 1) & hash

• 长度取模优化：哈希表容量为 2 的幂次时，(n-1) & hash 等效于 hash % n，但位运算更快。

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3. put() 方法流程

1. 计算哈希值：调用 hash(key)。

2. 初始化或扩容：若数组为空，调用 resize() 初始化（默认容量 16，负载因子 0.75）。

3. 定位桶位置：index = (n-1) & hash。

4. 处理哈希冲突：

   • 链表插入：

     • JDK 1.7：头插法（易导致死循环）。

     • JDK 1.8：尾插法（解决死循环问题）。

   • 树化处理：若链表长度 ≥8 且数组长度 ≥64，链表转红黑树。

5. 覆盖或新增节点：

   • Key 已存在：覆盖 Value，返回旧值。

   • Key 不存在：插入新节点，返回 null。

6. 扩容检查：若元素总数 > 阈值（容量 × 负载因子），触发 resize()。

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4. 扩容机制（resize()）

触发条件：元素数量超过阈值（容量 × 负载因子，默认 0.75）。
扩容流程：

1. 新容量计算：旧容量 × 2（保证容量始终为 2 的幂次）。

2. 迁移元素：

   • JDK 1.7：遍历旧数组，重新哈希每个元素到新数组（头插法）。

   • JDK 1.8：优化迁移逻辑，链表元素拆分为高位链和低位链（无需重新哈希）：

     • 低位链：原索引位置。

     • 高位链：原索引位置 + 旧容量。

优化原理：
由于新容量是旧容量的 2 倍，(newCap - 1) & hash 的结果仅取决于哈希值的第 log2(oldCap) 位是否为 1：

• 若为 0 → 索引不变（低位链）。

• 若为 1 → 索引 = 原索引 + 旧容量（高位链）。

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5. 红黑树优化

树化条件：

• 链表长度 ≥ TREEIFY_THRESHOLD（默认 8）。

• 数组长度 ≥ MIN_TREEIFY_CAPACITY（默认 64）。

退化条件：

• 红黑树节点数 ≤ UNTREEIFY_THRESHOLD（默认 6）。

优势：

• 链表查询复杂度 O(n)，红黑树查询复杂度 O(logn)，显著减少哈希冲突时的性能损耗。

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6. 关键参数与默认值

参数	默认值	说明
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY	16	默认初始容量
DEFAULT_LOAD_FACTOR	0.75	负载因子（扩容阈值 = 容量 × 负载因子）
TREEIFY_THRESHOLD	8	链表转红黑树的阈值
UNTREEIFY_THRESHOLD	6	红黑树退化为链表的阈值
MIN_TREEIFY_CAPACITY	64	允许树化的最小数组长度

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7. 性能优化建议

• 初始化容量：预估元素数量，避免频繁扩容（如预计存 1000 元素，初始容量设为 2048）。

• 重写 hashCode() 和 equals()：确保 Key 对象的哈希分布均匀且相等性判断准确。

• 避免高频修改：多线程场景使用 ConcurrentHashMap。

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总结

• 核心结构：数组 + 链表/红黑树，动态扩容优化性能。

• 哈希设计：高位异或、位运算取模、红黑树优化冲突。

• 线程安全：非线程安全，需使用替代方案。

• 实战技巧：合理初始化容量、重写哈希方法、避免并发操作。

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