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HashMap的工作原理分析
HashMap并不算特别神奇，它的工作原理相对来说还是比较直接的。以下是我对HashMap的一些理解和分析。
数据结构方面
在Java中，常用的数据结构包括数组、链表和树。数组的查询效率很高，链表的新增效率又很高。HashMap的数据接口将这两种数据结构的优势结合了起来。
数组的实现
数组在Java中用数组表示，代码如下：
int[] aa = new int[16];
其中，16是2的4次方（1左移4位），这是数组的默认初始大小。这里用了位移运算来确定数组的大小，而不是直接写16，这样既方便又高效。
链表的实现
链表的实现方式类似于下面的代码：
public class Node { Object data; Node next; }
双向链表的实现方式类似于：
public class Node { Object data; Node previous; Node next; }
HashMap的独特之处
HashMap的独特之处体现在以下几个方面：
HashMap并不是单纯的数组或链表，而是两者的结合。数组用于存储元素，链表用于解决碰撞问题。
数组的初始大小是16，这是2的4次方。这种选择有两个好处：
为什么不直接写16呢？因为底层都是二进制，位移运算效率更高。
链表的长度限制
链表的长度是有上限的。具体来说：
这种设计目的是为了在高频率的删除操作后，避免链表过长导致效率低下。
put方法分析
put操作分为以下几个步骤：
hash函数的实现
hash函数的实现非常关键。具体来说：
int hash = key.hashCode(); int hash = hash ^ (hash >> 16);
这个hash函数的作用是将高16位和低16位进行异或运算，从而得到一个较为分散的hash值。
为什么要用异或运算？
异或运算（^）的特点是：
这样可以充分利用高低位，提高hash值的分散性。
数组存储位置的确定
存储位置的计算公式是：
int index = (n - 1) & hash;
其中，n是数组的大小。n-1的作用是确保在碰撞发生时，仍然能得到有效的数组索引。
为什么不直接用n？
因为n是2的幂次方，n-1可以用来提取有效位。例如：
n = 16 → n-1 = 15 → 0b1111
这样无论hash值是什么，与运算n-1后，结果都落在0到15之间。
这种方法比模运算（%）更高效，因为模运算需要进行额外的计算。
链表转换与红黑树
当链表长度超过8时，HashMap会将链表转换为红黑树。这是因为红黑树的查询效率更高。
碰撞处理
如果多个元素的hash值相同，就会形成碰撞。此时，HashMap会自动将链表转换为红黑树，或者在删除操作频繁时强制转换为链表。
模运算与按位与运算
模运算（%）和按位与运算（&）的区别在于：
模运算效率较低，所以HashMap采用按位与运算来提高效率。
总结
HashMap的工作原理主要包括以下几个方面：
这种设计既保证了哈希表的平均时间复杂度，又在面对频繁碰撞时能够灵活调整结构，确保整体性能。
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