7. Java 中 HashMap 的扩容机制是怎样的？

​​​​​​HashMap 是基于哈希表的数据结构，其容量是动态调整的。当存储的元素数量增加时，为了保持较好的性能，HashMap 需要进行扩容。HashMap 的扩容机制是为了减少哈希碰撞，提高查询效率。

1. 初始容量和负载因子

• 初始容量：HashMap的初始容量是指哈希表创建时桶（bucket）数组的大小，默认初始容量为16。

• 负载因子：HashMap的负载因子（load factor）用于衡量HashMap的容量增长阈值。默认负载因子是0.75，这意味着当HashMap中的元素数量达到当前容量的75%时，触发扩容。

2. 扩容的触发条件

• 当HashMap中存储的元素数量达到“当前容量 * 负载因子”的阈值时，HashMap会触发扩容操作。默认情况下，当元素数量达到16 * 0.75 = 12时，就会进行扩容。

3. 扩容的过程

• 容量翻倍：当HashMap触发扩容时，桶数组的容量会翻倍（新容量 = 旧容量 * 2）。

• 重新哈希（rehash）：扩容时，HashMap会将原有的所有键值对重新计算哈希码，并将它们重新分配到新的桶数组中。由于容量翻倍，哈希码的计算方式会发生变化，原本冲突在同一个桶中的元素，可能会被分配到不同的桶中，减少哈希冲突。

4. 示例代码：扩容的触发

以下代码演示了HashMap如何在元素数量达到一定程度时触发扩容：

import java.util.HashMap;
​
public class HashMapResizingExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个HashMap
        HashMap map = new HashMap<>();
​
        // 插入13个元素，默认容量为16，负载因子为0.75
        for (int i = 0; i < 13; i++) {
            map.put(i, "Value" + i);
        }
​
        // 打印HashMap的大小
        System.out.println("HashMap size: " + map.size());
        
        // 插入第14个元素时，触发扩容
        map.put(13, "Value13");
​
        // 再次打印HashMap的大小
        System.out.println("HashMap size after rehashing: " + map.size());
    }
}

5. 扩容的影响

• 性能开销：扩容是一项开销较大的操作，因为它涉及到分配新的数组并将所有元素重新哈希。频繁的扩容操作会影响性能，因此在创建HashMap时，建议预估好元素数量并设置合适的初始容量，以减少扩容次数。

• 线程安全：HashMap本身不是线程安全的，在多线程环境下如果出现扩容，可能导致数据丢失或死循环。因此，在并发环境中使用HashMap时，推荐使用线程安全的替代品如ConcurrentHashMap。

总结

• 触发条件：当HashMap中存储的元素数量达到当前容量与负载因子的乘积时，触发扩容。

• 扩容过程：HashMap的容量翻倍，所有元素重新计算哈希值并重新分配到新的桶数组中。

• 性能影响：频繁扩容可能带来性能问题，建议合理设置初始容量来减少扩容次数。

理解HashMap的扩容机制可以帮助你在使用它时做出更优化的设计和决策，尤其是在处理大量数据时。