这篇文章将会详细透彻地讲清楚 Java 的 HashMap，包括 hash 方法的原理、HashMap 的扩容机制、HashMap 的加载因子为什么是 0.75 而不是 0.6、0.8，以及 HashMap 为什么是线程不安全的，基本上 HashMap 的常见面试题，都会在这一篇文章里讲明白。
HashMap 是 Java 中常用的数据结构之一，用于存储键值对。在 HashMap 中，每个键都映射到一个唯一的值，可以通过键来快速访问对应的值，算法时间复杂度可以达到 O(1)。
HashMap 不仅在日常开发中经常用到，在面试中也是重点考察的对象。
以下是 HashMap 增删改查的简单例子：
1）增加元素：
将一个键值对（元素）添加到 HashMap 中，可以使用 put() 方法。例如，将名字和年龄作为键值对添加到 HashMap 中：
2）删除元素：
从 HashMap 中删除一个键值对，可以使用 remove() 方法。例如，删除名字为 "沉默" 的键值对：
3）修改元素：
修改 HashMap 中的一个键值对，可以使用 put() 方法。例如，将名字为 "沉默" 的年龄修改为 30：
为什么和添加元素的方法一样呢？这个我们后面会讲，先简单说一下，是因为 HashMap 的键是唯一的，所以再次 put 的时候会覆盖掉之前的键值对。
4）查找元素：
从 HashMap 中查找一个键对应的值，可以使用 get() 方法。例如，查找名字为 "沉默" 的年龄：
在实际应用中，HashMap 可以用于缓存、索引等场景。例如，可以将用户 ID 作为键，用户信息作为值，将用户信息缓存到 HashMap 中，以便快速查找。又如，可以将关键字作为键，文档 ID 列表作为值，将文档索引缓存到 HashMap 中，以便快速搜索文档。
HashMap 的实现原理是基于哈希表的，它的底层是一个数组，数组的每个位置可能是一个链表或红黑树，也可能只是一个键值对（后面会讲）。当添加一个键值对时，HashMap 会根据键的哈希值计算出该键对应的数组下标（索引），然后将键值对插入到对应的位置。
当通过键查找值时，HashMap 也会根据键的哈希值计算出数组下标，并查找对应的值。
01、hash 方法的原理
简单了解 HashMap 后，我们来讨论第一个问题：hash 方法的原理，对吃透 HashMap 会大有帮助。
来看一下 hash 方法的源码（JDK 8 中的 HashMap）：
这段代码究竟是用来干嘛的呢？
将 key 的 hashCode 值进行处理，得到最终的哈希值。
怎么理解这句话呢？不要着急。
我们来 new 一个 HashMap，并通过 put 方法添加一个元素。
来看一下 put 方法的源码。
看到 hash 方法的身影了吧？
hash 方法的作用
前面也说了，HashMap 的底层是通过数组的形式实现的，初始大小是 16（这个后面会讲），先记住。
也就是说，HashMap 在添加第一个元素的时候，需要通过键的哈希码在大小为 16 的数组中确定一个位置（索引），怎么确定呢？
为了方便大家直观的感受，我这里画了一副图，16 个方格子（可以把它想象成一个一个桶），每个格子都有一个编号，对应大小为 16 的数组下标（索引）。
现在，我们要把 key 为 “chenmo”，value 为“沉默”的键值对放到这 16 个格子中的一个。
怎么确定位置（索引）呢？
我先告诉大家结论，通过这个与运算 (n - 1) & hash，其中变量 n 为数组的长度，变量 hash 就是通过 hash() 方法计算后的结果。
那“chenmo”这个 key 计算后的位置（索引）是多少呢？
答案是 8，也就是说 map.put("chenmo", "沉默") 会把 key 为 “chenmo”，value 为“沉默”的键值对放到下标为 8 的位置上（也就是索引为 8 的桶上）
这样大家就会对 HashMap 存放键值对（元素）的时候有一个大致的印象。其中的一点是，hash 方法对计算键值对的位置起到了至关重要的作用。
回到 hash 方法：
- 参数 key：需要计算哈希码的键值。
key == null ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)：这是一个三目运算符，如果键值为 null，则哈希码为 0（依旧是说如果键为 null，则存放在第一个位置）；否则，通过调用hashCode()方法获取键的哈希码，并将其与右移 16 位的哈希码进行异或运算。^运算符：异或运算符是 Java 中的一种位运算符，它用于将两个数的二进制位进行比较，如果相同则为 0，不同则为 1。h >>> 16：将哈希码向右移动 16 位，相当于将原来的哈希码分成了两个 16 位的部分。- 最终返回的是经过异或运算后得到的哈希码值。
这短短的一行代码，汇聚不少计算机巨佬们的聪明才智。
理论上，哈希值（哈希码）是一个 int 类型，范围从-2147483648 到 2147483648。
前后加起来大概 40 亿的映射空间，只要哈希值映射得比较均匀松散，一般是不会出现哈希碰撞（哈希冲突会降低 HashMap 的效率）。
但问题是一个 40 亿长度的数组，内存是放不下的。HashMap 扩容之前的数组初始大小只有 16，所以这个哈希值是不能直接拿来用的，用之前要和数组的长度做与运算（前文提到的 (n - 1) & hash，有些地方叫取模预算，有些地方叫取余运算），用得到的值来访问数组下标才行。
取模运算 VS 取余运算 VS 与运算
那这里就顺带补充一些取模预算/取余运算和与运算的知识点哈。
取模运算（Modulo Operation）和取余运算（Remainder Operation）从严格意义上来讲，是两种不同的运算方式，它们在计算机中的实现也不同。
在 Java 中，通常使用 % 运算符来表示取余，用 Math.floorMod() 来表示取模。
- 当操作数都是正数的话，取模运算和取余运算的结果是一样的。
- 只有当操作数出现负数的情况，结果才会有所不同。
- 取模运算的商向负无穷靠近；取余运算的商向 0 靠近。这是导致它们两个在处理有负数情况下，结果不同的根本原因。
- 当数组的长度是 2 的 n 次方，或者 n 次幂，或者 n 的整数倍时，取模运算/取余运算可以用位运算来代替，效率更高，毕竟计算机本身只认二进制嘛。
我们通过一个实际的例子来看一下。
