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1 put操作整体流程

HashMap 的 put 操作是其最核心的功能之一。在 JDK 1.8 及以后版本中，其主要逻辑封装在 putVal 这个内部方法中。整个过程大致如下：

1. 初始判断与哈希计算：
   • 首先，putVal 方法会检查当前的 table（也就是内部的 Node<K,V>[] 数组）是否为 null 或者长度为0。如果是，则会调用 resize() 方法进行初始化扩容，分配一个默认大小（通常是16）的数组空间。
   • 接下来，计算键 key 的哈希值。
     • 如果 key 为 null，它有一个特殊的处理逻辑，hash 会被置为0，并且通常会尝试将这个键值对放入 table[0] 的位置。
     • 如果 key 不为 null，则调用 key.hashCode() 获取原始哈希码，然后通过一个扰动函数 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 对哈希码进行处理。这样做是为了让哈希值的高16位也参与到后续的索引计算中，使得哈希分布更均匀，减少哈希冲突。
2. 计算数组索引 (定位哈希桶)：
   • 使用经过扰动处理后的哈希值 hash 与 (table.length - 1) 进行按位与 & 运算，即 i = (n - 1) & hash（其中 n 是 table 的长度）。这个操作等效于 hash % n，但位运算效率更高，前提是 n 必须是2的幂次方（HashMap 的容量设计保证了这一点）。这样就确定了该键值对应该存储在 table 数组的哪个索引位置（哪个哈希桶）。
3. 处理指定索引位置的情况：
   • 令 p = table[i]，检查该哈希桶 table[i] 是否为空：
     • 情况一：哈希桶为空 (p == null)
       • 如果该位置没有任何元素，说明没有发生哈希冲突。直接创建一个新的 Node(hash, key, value, null) 对象，并将其放入 table[i] 位置。
     • 情况二：哈希桶不为空 (p != null)
       • 这表示发生了哈希冲突，或者找到了一个已存在的键。
       • 首先检查头节点：判断桶的第一个节点 p 的 hash 值是否与新键的 hash 值相同，并且通过 key.equals(p.key)（或 key == p.key）判断键是否相等。
         • 如果键完全相同，说明是更新操作。将旧值 p.value 记录下来（用于 putVal 方法返回），然后用新的 value 替换 p.value。操作结束。
       • 如果头节点不是目标键，则检查节点类型：
         • 如果 p 是 TreeNode 类型 (即该桶已经转化为红黑树)：
           • 调用红黑树的插入方法 p.putTreeVal(this, tab, hash, key, value) 将新的键值对插入到红黑树中。如果树中已存在相同的键，则更新其值。
         • 如果 p 是普通的 Node 类型 (即该桶是链表结构)：
           • 遍历这个链表。在遍历过程中，使用 binCount 计数链表长度（从1开始，因为头节点已经算一个）。
           • 对于链表中的每个节点 e：
             • 如果 e.hash == hash 并且 e.key.equals(key)（或 e.key == key），说明找到了相同的键，更新其值，操作结束。
           • 如果遍历到链表末尾（即 e.next = = null） 仍未找到相同的键：
             • 将新的键值对创建为一个新的 Node，并将其追加到链表的末尾（尾插法）。
             • 插入新节点后，检查链表长度 binCount（此时 binCount 是插入前的长度，所以判断 binCount + 1）是否达到了**树化阈值 **TREEIFY_THRESHOLD (默认为8)。
               • 如果达到了，并且当前 table 的长度 n 大于等于 MIN_TREEIFY_CAPACITY (默认为64)，则调用 treeifyBin(tab, hash) 方法将这个链表转换为红黑树。
               • 如果 table 长度小于 MIN_TREEIFY_CAPACITY，则不会树化，而是会优先尝试 resize() 扩容。
           • 跳出链表遍历。
4. 更新修改计数和大小：
   • 如果成功插入了一个新的键值对（而不是更新已存在的键），modCount（记录 HashMap 结构修改次数的变量，用于迭代器的 fail-fast 机制）会自增。
   • size（HashMap 中存储的键值对数量）会自增。
5. 检查是否需要扩容：
   • 在成功插入一个新节点后，会检查 ++size 是否大于 threshold（capacity * loadFactor）。
   • 如果大于 threshold，则调用 resize() 方法对 HashMap 进行扩容。扩容通常会将容量翻倍，并重新计算所有元素在新表中的位置。
6. 返回值：
   • putVal 方法（以及 put 方法）会返回与指定键关联的前一个值，如果该键之前没有映射关系，则返回 null。

总结一下 put 过程的关键点：

• 计算哈希和索引。
• 处理哈希桶：空桶直接放；非空桶则判断是更新、链表追加还是红黑树插入。
• 链表过长且满足条件时会树化。
• 插入新元素后检查是否需要扩容。
• JDK 1.8 使用尾插法，并引入红黑树优化。

这个过程确保了 HashMap 在平均情况下能够提供 O(1) 的插入和查找性能，并在哈希冲突严重时通过红黑树将最坏情况下的性能维持在 O(logN)。

流程图