HashMap 是 Java 中最常用的数据结构之一，用于存储键值对。其 put() 方法是向哈希表中插入或更新键值对的核心操作。本文将详细解析 put() 方法的执行过程，涵盖哈希值计算、桶定位、冲突处理和扩容等步骤。

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一、put() 方法的执行过程

put() 方法通过一系列步骤实现键值对的高效存储和更新。以下是详细的执行流程：

1. 计算键的哈希值

• 步骤：HashMap 首先调用键的 hashCode() 方法获取其哈希码。
• 扰动处理：为了减少哈希冲突，HashMap 对哈希码进行扰动处理，具体通过 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)，将高 16 位与低 16 位进行异或操作，增加哈希值的随机性。
• 特殊情况：如果键为 null，哈希值固定为 0（HashMap 允许一个 null 键）。

2. 确定桶位置

• 计算索引：使用哈希值通过公式 index = hash & (table.length - 1) 计算键值对在数组（桶）中的索引位置。
• table 初始化：table 是 HashMap 内部用于存储节点的数组。如果 table 未初始化（即 table == null 或 table.length == 0），会调用 resize() 方法初始化数组。

3. 处理桶中的情况

根据目标桶（table[index]）的状态，put() 方法会执行不同的逻辑：

情况 1：桶为空

• 如果桶中没有节点，直接创建一个新的 Node（包含键、值、哈希值等信息）并放入该桶。

情况 2：桶中已有节点

• 3.2.1 检查第一个节点

  • 如果桶中第一个节点的键与插入的键相同（通过哈希值比较和 equals() 方法确认），直接更新该节点的值。

• 3.2.2 处理红黑树

  • 如果桶中节点数量较多（超过 TREEIFY_THRESHOLD，默认为 8），且桶已转为红黑树结构，调用红黑树的插入方法（putTreeVal）处理插入或更新。

• 3.2.3 处理链表

  • 如果桶中是链表结构，遍历链表：
    • 如果找到键相同的节点，更新其值。
    • 如果没有找到相同键，将新节点添加到链表末尾。
  • 插入后，如果链表长度大于等于8且数组长度达到64时，调用 treeifyBin() 将链表转换为红黑树。

情况 3：桶中键为 null

• 如果插入的键为 null，存储到索引为 0 的桶中（HashMap 只允许一个 null 键）。

4. 更新大小和检查扩容

• 更新 size：插入新键值对后，HashMap 的 size（键值对数量）加 1。
• 检查扩容：如果 size 超过阈值（threshold = table.length * loadFactor，默认负载因子为 0.75），触发 resize() 方法进行扩容。
• 扩容：将数组的容量扩大为原来的2倍。

5. 返回旧值

• 如果插入的键已存在，put() 方法返回该键对应的旧值。
• 如果是新插入的键值对，返回 null。

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二、核心代码分析

以下是 put() 方法的核心逻辑：

public V put(K key, V value) {return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}// 计算哈希值
static final int hash(Object key) {int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}// putVal 核心实现
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;// 如果 table 未初始化，调用 resize()if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;// 计算索引，检查桶是否为空if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 直接插入新节点else {Node<K,V> e; K k;// 检查第一个节点是否匹配if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))e = p;// 如果是红黑树，调用树插入逻辑else if (p instanceof TreeNode)e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);// 遍历链表else {for (int binCount = 0; ; ++binCount) {if ((e = p.next) == null) {p.next = newNode(hash, key, value, null); // 插入到链表末尾// 检查是否需要转为红黑树if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)treeifyBin(tab, hash);break;}// 找到相同键if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))break;p = e;}}// 如果找到已有键，更新值if (e != null) {V oldValue = e.value;if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)e.value = value;afterNodeAccess(e);return oldValue;}}// 增加 size，检查是否需要扩容if (++size > threshold)resize();afterNodeInsertion(evict);return null;
}