高频Java考点第二篇【Java集合】（高质量）

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Java集合

List 、Set、Map的区别

在Java中，List、Set和Map是三种不同的集合类型，分别具有不同的特点和用途。

1、List（列表）
List是一个有序的集合，可以包含重复的元素。它允许我们根据索引值访问、插入、修改和删除元素。List接口的实现类有ArrayList、LinkedList等。List的主要特点如下：

• 元素有序：List中的元素按照插入顺序排列。
• 可以包含重复元素：List中的元素可以重复出现。
• 支持索引操作：可以通过索引访问、插入、修改和删除元素。

2、Set（集合）
Set是一个不包含重复元素的集合。它主要用于存储不重复的元素，不保证元素的顺序。Set接口的实现类有HashSet、TreeSet等。Set的主要特点如下：

• 元素不重复：Set中的元素是唯一的，不能出现重复。
• 元素无序：Set中的元素没有固定的顺序，但某些实现（如TreeSet）可以根据元素的自然顺序或比较器进行排序。

3、Map（映射）
Map是一个键值对的集合，其中的键是唯一的，但值可以重复。它允许我们根据键来查找、插入、修改和删除值。Map接口的实现类有HashMap、TreeMap等。Map的主要特点如下：

• 键值对：Map中的元素是键值对（key-value pairs）形式的。
• 键唯一：Map中的键是唯一的，不能出现重复。
• 值可以重复：Map中的值可以重复出现。
• 无序：Map中的元素没有固定的顺序，但某些实现（如TreeMap）可以根据键的自然顺序或比较器进行排序。

这些集合类型根据具体的应用场景选择使用，以满足不同的需求。

Arraylist 与 LinkedList 的区别

ArrayList和LinkedList都是Java中的List接口的实现类，它们的主要区别在于底层数据结构和性能表现。

1、底层数据结构：

• ArrayList：底层使用动态数组实现。数组在内存中是连续的存储空间，因此ArrayList在内存中是连续的。
• LinkedList：底层使用双向链表实现。链表中的每个节点包含数据和指向前后节点的引用。因此LinkedList在内存中是非连续的。

2、性能表现：

• 查询操作：ArrayList的查询速度较快，因为它使用数组实现，可以直接通过索引进行访问。而LinkedList的查询速度较慢，因为它使用链表实现，需要从头节点开始遍历。
• 插入/删除操作：ArrayList的插入和删除速度较慢，因为它需要移动元素以保持连续的内存空间。而LinkedList的插入和删除速度较快，因为它只需修改节点的引用。
• 内存消耗：ArrayList在扩容时会创建一个新的数组，并将原有元素复制到新数组，因此在扩容过程中可能会造成内存的浪费。而LinkedList则是动态分配内存，每个节点单独分配内存，不会造成内存浪费。

根据上述区别，在选择ArrayList和LinkedList时需要根据实际应用场景来决定。如果查询操作较多，建议使用ArrayList。如果插入和删除操作较多，且对查询速度要求不高，建议使用LinkedList。

ArrayList 与 Vector的区别

ArrayList和Vector都是Java中的List接口的实现类，它们的底层数据结构都是动态数组。尽管它们具有相似的性能特征，但在以下几个方面存在一些关键区别：

1、同步性（线程安全）：

• ArrayList：非线程安全。在多线程环境下，如果需要进行同步，需要使用外部同步机制（如Collections.synchronizedList方法）。
• Vector：线程安全。Vector内部的方法实现了同步，因此在多线程环境下可以直接使用。

2、性能：

• ArrayList：由于ArrayList非线程安全，没有同步开销，因此在单线程环境下性能较好。
• Vector：由于Vector线程安全，内部方法有同步开销，因此在单线程环境下性能相对较差。然而，在多线程环境下，Vector提供了线程安全保证，可以避免潜在的线程问题。

3、扩容机制：

• ArrayList：默认情况下，ArrayList的初始容量为10，每次扩容时容量增加到原来的1.5倍。
• Vector：默认情况下，Vector的初始容量为10，但可以通过构造函数指定。每次扩容时，容量增加到原来的2倍（可通过构造函数自定义扩容比例）。

在选择ArrayList和Vector时，需要根据实际应用场景来决定。如果对线程安全没有要求或者可以通过外部同步机制来实现线程安全，优先考虑使用ArrayList以获得更好的性能。如果需要内置的线程安全保证，可以选择Vector。不过，值得注意的是，Vector已经相对过时，对于多线程环境，建议使用线程安全的并发容器，例如CopyOnWriteArrayList或ConcurrentHashMap等。

HashMap 和 HashTable 的区别

HashMap和HashTable都是Java中的Map接口的实现类，用于存储键值对。它们的底层数据结构都是基于哈希表实现的，但在以下几个方面存在一些关键区别：

1、同步性（线程安全）：

• HashMap：非线程安全。在多线程环境下，如果需要进行同步，需要使用外部同步机制（如Collections.synchronizedMap方法）。
• HashTable：线程安全。HashTable内部的方法实现了同步，因此在多线程环境下可以直接使用。

2、性能：

• HashMap：由于HashMap非线程安全，没有同步开销，因此在单线程环境下性能较好。
• HashTable：由于HashTable线程安全，内部方法有同步开销，因此在单线程环境下性能相对较差。然而，在多线程环境下，HashTable提供了线程安全保证，可以避免潜在的线程问题。

3、对null键和值的支持：

• HashMap：允许使用null作为键和值。HashMap可以存储一个null键和多个null值。
• HashTable：不允许使用null作为键或值。如果尝试使用null作为键或值，HashTable会抛出NullPointerException异常。

3、遍历：

• HashMap：可以使用Iterator或者forEach遍历键、值或者键值对。
• HashTable：可以使用Enumeration或者Iterator遍历键、值或者键值对。

在选择HashMap和HashTable时，需要根据实际应用场景来决定。如果对线程安全没有要求或者可以通过外部同步机制来实现线程安全，优先考虑使用HashMap以获得更好的性能。如果需要内置的线程安全保证，可以选择HashTable。然而，值得注意的是，HashTable已经相对过时，对于多线程环境，建议使用线程安全的并发容器，例如ConcurrentHashMap。

HashSet 和 HashMap 的区别

HashSet和HashMap都是Java中的集合类，分别实现了Set接口和Map接口。尽管它们的用途和特性有所不同，但它们的底层实现都基于哈希表。以下是它们之间的主要区别：

1、存储结构：

• HashSet：存储不重复的元素集合。HashSet是一个无序的集合，不保证元素的顺序。
• HashMap：存储键值对。HashMap中的键是唯一的，而值可以重复。

2、底层实现：

• HashSet：实际上是基于HashMap实现的。HashSet内部维护了一个HashMap实例，将集合中的元素作为键，使用一个固定的值作为所有键的值。

3、用途和特性：

• HashSet：主要用于存储不重复的元素。适用于需要快速判断元素是否存在于集合中的场景。
• HashMap：主要用于存储键值对。适用于需要根据键快速查找、插入、修改和删除值的场景。

总之，HashSet和HashMap的主要区别在于它们的用途和存储结构。HashSet用于存储不重复的元素，而HashMap用于存储键值对。在实际应用中，根据具体需求选择合适的集合类型。

HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别

HashMap和ConcurrentHashMap都是Java中的Map接口的实现类，用于存储键值对。它们的底层数据结构都是基于哈希表实现的，但在同步性（线程安全）和性能方面存在一些关键区别：

1、同步性（线程安全）：

• HashMap：非线程安全。在多线程环境下，如果需要进行同步，需要使用外部同步机制（如Collections.synchronizedMap方法）。
• ConcurrentHashMap：线程安全。ConcurrentHashMap内部采用了分段锁技术（Java
  7及之前）或者基于CAS操作和synchronized的优化（Java 8及之后），因此在多线程环境下可以直接使用，提供了更好的并发性能。

2、性能：

• HashMap：在单线程环境下，HashMap性能较好，因为没有同步开销。
• ConcurrentHashMap：在多线程环境下，ConcurrentHashMap性能优于使用Collections.synchronizedMap包装的HashMap，因为ConcurrentHashMap采用了分段锁或其他优化技术来减小锁竞争，提高并发性能。

3、遍历安全：

• HashMap：在遍历过程中，如果其他线程对HashMap进行修改，可能会导致ConcurrentModificationException异常。
• ConcurrentHashMap：在遍历过程中，其他线程对ConcurrentHashMap的修改不会影响遍历操作，不会抛出ConcurrentModificationException异常。

4、对null键和值的支持：

• HashMap：允许使用null作为键和值。HashMap可以存储一个null键和多个null值。
• ConcurrentHashMap：不允许使用null作为键或值。如果尝试使用null作为键或值，ConcurrentHashMap会抛出NullPointerException异常。

在选择HashMap和ConcurrentHashMap时，需要根据实际应用场景来决定。如果对线程安全没有要求或者可以通过外部同步机制来实现线程安全，优先考虑使用HashMap以获得更好的性能。如果需要内置的线程安全保证和更好的并发性能，可以选择ConcurrentHashMap。

ArrayList的实现原理（插入元素）

在理解 ArrayList 的插入元素流程之前，我们需要了解 ArrayList 的一些关键属性和方法。ArrayList 主要包含以下属性：

• elementData：用于存储元素的 Object 类型数组。
• size：表示 ArrayList 中当前元素的数量。

插入元素的过程涉及以下方法：

• add(E e)：向 ArrayList 的末尾添加元素。
• add(int index, E e)：向指定索引位置插入元素。
• ensureCapacityInternal(int minCapacity)：确保 ArrayList 的内部数组具有足够的容量来存储指定数量的元素。
• grow(int minCapacity)：根据需要增加 ArrayList 的容量。

下面详细描述 ArrayList 的插入元素流程：

1. 调用 add(E e) 或 add(int index, E e) 方法来插入元素。如果是 add(E e)，元素将被添加到 ArrayList 的末尾；如果是 add(int index, E e)，元素将被添加到指定索引位置。
2. 在执行添加操作之前，首先检查 ArrayList 的容量是否足够。调用 ensureCapacityInternal(int minCapacity) 方法，将所需的最小容量（即当前 size + 1）作为参数传递。
3. 在 ensureCapacityInternal(int minCapacity) 方法中，首先判断所需最小容量是否大于当前数组的容量（elementData.length）。如果大于当前容量，则调用 grow(int minCapacity) 方法进行扩容；否则，不进行任何操作。
4. 在 grow(int minCapacity) 方法中，根据一定的策略计算新的容量。通常，新容量是当前容量的 1.5 倍。然后，创建一个具有新容量的新数组，并将原数组（elementData）中的元素复制到新数组中。最后，将新数组赋值给 elementData。
5. 完成扩容操作后，将元素插入到指定位置。如果是 add(E e) 方法，直接将元素添加到末尾（索引为 size 的位置）；如果是 add(int index, E e) 方法，需要将从指定索引开始的所有元素向后移动一个位置，然后将新元素插入到指定位置。
6. 插入元素后，更新 ArrayList 的 size（size++）。

通过以上步骤，可以完成 ArrayList 的元素插入操作。需要注意的是，在插入元素的过程中，可能需要进行数组扩容以确保有足够的空间容纳新元素。此外，插入过程可能涉及数组元素的移动，尤其是在中间位置插入元素时，这可能导致性能开销。

LinkedList的实现原理（插入元素）

LinkedList 是 Java 集合框架中的一个重要实现类，它基于双向链表来实现。在详细描述 LinkedList 的插入元素流程之前，我们需要了解 LinkedList 的一些关键属性和方法。

LinkedList 主要包含以下属性：

• head：链表的头节点，即链表的第一个元素。
• tail：链表的尾节点，即链表的最后一个元素。
• size：表示 LinkedList 中当前元素的数量。

LinkedList 中的节点（Node）包含以下属性：

• item：存储节点中的元素。
• prev：指向前一个节点的引用。
• next：指向后一个节点的引用。

插入元素的过程涉及以下方法：

• add(E e)：向 LinkedList 的末尾添加元素。
• add(int index, E e)：向指定索引位置插入元素。
• linkLast(E e)：将元素作为尾节点插入链表。
• linkBefore(E e, Node succ)：在指定节点（succ）之前插入新元素。

下面详细描述 LinkedList 的插入元素流程：

1. 调用 add(E e) 或 add(int index, E e) 方法来插入元素。如果是 add(E e)，元素将被添加到 LinkedList 的末尾；如果是 add(int index, E e)，元素将被添加到指定索引位置。
2. 如果是 add(E e) 方法，直接调用 linkLast(E e) 方法将元素作为尾节点插入链表。在 linkLast(E e) 方法中，首先创建一个新的节点，将元素存储在新节点的 item 属性中，并将新节点的 prev 属性设置为当前的尾节点（tail）。然后，将当前尾节点的 next 属性设置为新节点，最后将新节点设置为尾节点（tail）。
3. 如果是 add(int index, E e) 方法，首先需要找到指定索引位置的节点。遍历链表，找到指定索引位置的节点（succ），然后调用 linkBefore(E e, Node succ) 方法在该节点之前插入新元素。在 linkBefore(E e, Node succ) 方法中，首先创建一个新的节点，将元素存储在新节点的 item 属性中。然后，将新节点的 prev 属性设置为 succ 节点的 prev 属性，新节点的 next 属性设置为 succ 节点。接着，将 succ 节点的 prev 属性设置为新节点，最后将新节点的前一个节点（如果存在）的 next 属性设置为新节点。
4. 插入元素后，更新 LinkedList 的 size（size++）。

通过以上步骤，可以完成 LinkedList 的元素插入操作。需要注意的是，在插入元素的过程中，LinkedList 不需要进行数组扩容，但可能需要遍历链表以找到指定索引位置的节点。此外，插入过程涉及对节点引用的更新，尤其是在中

谈谈你对HashMap的理解

HashMap是Java中实现Map接口的一个重要类，用于存储键值对。HashMap的底层数据结构是基于哈希表实现的，它具有以下特点和性能表现：

1. 存储结构：HashMap使用键值对（key-value pairs）的形式存储数据。HashMap中的键是唯一的，不能重复；而值可以重复。
2. 散列函数：HashMap通过散列函数（hash function）将键映射到哈希表的相应位置。理想情况下，散列函数应该将键尽可能均匀地分布在哈希表中，以减少碰撞（不同的键映射到同一位置）。
3. 处理碰撞：如果两个不同的键经过散列函数映射到了同一个位置，HashMap使用链地址法（链表）来处理碰撞。在Java8中，如果链表的长度超过一定阈值（默认为8），链表会转换为平衡树（红黑树），以提高查询性能。
4. 扩容：HashMap具有动态扩容能力。当HashMap的容量达到负载因子（默认为0.75）时，HashMap会进行扩容。扩容过程包括创建一个新的哈希表，然后将旧哈希表中的元素重新映射到新的哈希表。扩容操作可能会影响性能，因为重新映射涉及到重新计算哈希值和移动元素。
5. 线程安全：HashMap不是线程安全的。在多线程环境下，如果需要进行同步，可以使用Collections.synchronizedMap方法对HashMap进行包装，或者使用ConcurrentHashMap来实现线程安全。
6. 性能表现：HashMap的插入、删除和查询操作的时间复杂度通常为O(1)，在最坏情况下为O(n)（例如，当所有键都发生碰撞时）。然而，在实际应用中，如果散列函数表现良好，HashMap的性能通常非常高效。
7. 对null键和值的支持：HashMap允许使用null作为键和值。HashMap可以存储一个null键和多个null值。
8. 无序：HashMap中的元素是无序的，它们的存储顺序与插入顺序无关。如果需要有序的键值对，可以考虑使用LinkedHashMap（按插入顺序排序）或TreeMap（按键的自然顺序或比较器排序）。

HashMap的实现原理

在不同的JDK版本中，HashMap的实现原理有一些变化。主要的变化发生在Java 8中，这里我们分析Java 7及之前的版本和Java 8及之后的版本。

1、Java 7及之前的版本：

• 在Java 7及之前的版本中，HashMap的底层数据结构是基于数组和链表的哈希表。每个哈希桶（数组的元素）指向一个链表，用于存储具有相同哈希值的键值对。插入、删除和查找操作的平均时间复杂度为O(1)，最坏情况下为O(n)（n为哈希桶中元素个数）。
• 这种实现在处理哈希冲突时可能会导致链表过长，从而降低查询性能。此外，由于HashMap在Java7及之前的版本中没有对链表长度进行限制，也可能导致链表过长。当链表过长时，查找操作的时间复杂度接近于O(n)。

2、Java 8及之后的版本：

• 在Java 8及之后的版本中，HashMap的实现发生了一些变化，主要体现在对哈希冲突的处理上。为了提高查询性能，Java8引入了红黑树作为一种新的数据结构。当哈希桶中的链表长度超过一定阈值（默认为8）时，链表会转换为红黑树。红黑树是一种平衡二叉搜索树，其查询操作的时间复杂度为O(logn)。这种改进使得HashMap在面对哈希冲突时具有更好的性能。
• 其他方面，Java 8中的HashMap在实现原理上与Java 7及之前的版本相似。它仍然使用数组和链表/红黑树的组合作为底层数据结构，采用相同的哈希算法和扩容机制。需要注意的是，Java 8及之后的版本中，HashMap在计算哈希值时使用了一种新的哈希函数，可以进一步减少哈希冲突。

总之，在不同的JDK版本中，HashMap的实现原理有所变化。主要的变化发生在Java 8中，通过引入红黑树作为一种新的数据结构来提高查询性能。在其他方面，HashMap的实现原理在不同版本中保持相对稳定。

HashMap插入操作的流程主要包括以下步骤：

1. 计算哈希值：首先，对键（key）调用hashCode()方法，计算出键的哈希值。
2. 计算索引：将哈希值通过哈希函数映射到哈希表的索引位置。通常，通过哈希值与哈希表长度减一进行按位与操作（hash & (table.length - 1)）来计算索引。
3. 检查索引位置：检查哈希表中对应索引位置的元素是否为空。
   a) 如果为空，表示没有发生碰撞，直接在该位置创建一个新的键值对（Node对象），并将其插入到哈希表中。
   b) 如果不为空，表示发生了碰撞，则需要进一步处理：
4. 遍历链表/红黑树：
   a)如果该位置的元素以链表形式存储，遍历链表，查找键是否已经存在。如果找到相同的键，更新对应的值并返回旧值；否则，在链表的末尾添加一个新的键值对（Node对象）。
   b) 如果该位置的元素已经转换为红黑树（Java8及以后的版本），遍历红黑树，查找键是否已经存在。如果找到相同的键，更新对应的值并返回旧值；否则，在红黑树中添加一个新的键值对（TreeNode对象）。
5. 更新元素个数：在成功插入新的键值对后，更新HashMap中的元素个数（size）。
6. 检查扩容：如果插入新元素后，HashMap的元素个数大于阈值（负载因子 * 容量），触发扩容操作。扩容过程包括创建一个新的哈希表，然后将旧哈希表中的元素重新映射到新的哈希表。

HashMap的扩容机制是其核心特性之一，用于在需要时增加HashMap的容量以维持良好的性能。扩容主要发生在以下两种情况：

• 当HashMap的元素个数（size）超过阈值（负载因子 * 容量）。负载因子是一个浮点数，默认值为0.75。负载因子的设置对HashMap性能有很大影响。较低的负载因子会降低空间利用率，但减少碰撞和扩容操作，提高性能；较高的负载因子会提高空间利用率，但增加碰撞和扩容操作，降低性能。
• 当某个哈希桶中的链表长度超过预设阈值（如Java 8中默认值为8），并且总容量超过预设最小容量（如Java
  8中默认值为64），会触发扩容。

HashMap的扩容过程包括以下步骤：

1. 创建新的哈希表：新哈希表的容量是原始容量的两倍。这是为了保持哈希表在扩容后仍具有较低的碰撞概率。
2. 重新映射元素：遍历旧哈希表中的所有元素，将它们重新映射到新的哈希表。这涉及到重新计算每个元素的哈希值和索引位置。这个过程的时间复杂度为O(n)，其中n为旧哈希表中的元素个数。
3. 更新阈值：在扩容完成后，更新HashMap的阈值（新阈值 = 负载因子 * 新容量）。

请注意，扩容操作可能会对HashMap性能产生较大影响，尤其是在哈希表较大时。因此，在初始化HashMap时，如果可以预估元素个数，可以通过设置初始容量和负载因子来避免不必要的扩容操作，从而提高性能。不过，设置过大的初始容量可能会导致内存浪费。

谈谈你对ConcurrentHashMap的理解

ConcurrentHashMap是Java中一种线程安全的哈希表实现，用于存储键值对。与HashMap相比，ConcurrentHashMap在多线程环境下提供了更好的性能和线程安全保证。以下是对ConcurrentHashMap的一些理解：

1. 线程安全：ConcurrentHashMap是线程安全的，这意味着在多线程环境下，多个线程可以并发访问和修改ConcurrentHashMap实例，而不需要显式同步。
2. 高并发性能：ConcurrentHashMap的设计目标之一是在多线程环境下提供高性能。为实现这一目标，ConcurrentHashMap采用了一些特殊的设计和优化方法，如分段锁技术（Java7及之前）或基于CAS操作和synchronized的优化（Java 8及之后）。
3. 数据结构：ConcurrentHashMap的底层数据结构与HashMap类似，都是基于哈希表实现的。在Java
   8及之后的版本中，ConcurrentHashMap也采用了类似于HashMap的优化方法，如链表转红黑树。
4. 插入、删除和查找操作：与HashMap相似，ConcurrentHashMap的插入、删除和查找操作的时间复杂度通常为O(1)，在最坏情况下为O(n)。
5. 不允许null键和值：与HashMap不同，ConcurrentHashMap不允许使用null作为键或值。如果尝试插入null键或值，ConcurrentHashMap会抛出NullPointerException异常。
6. 遍历安全：与HashMap不同，ConcurrentHashMap在遍历过程中，其他线程对ConcurrentHashMap的修改不会影响遍历操作，不会抛出ConcurrentModificationException异常。

总之，ConcurrentHashMap是一种线程安全且高性能的哈希表实现，适用于多线程环境下需要频繁插入、删除和查找操作的场景。相比于使用Collections.synchronizedMap包装的HashMap，ConcurrentHashMap提供了更好的并发性能。

ConcurrentHashMap的实现原理

ConcurrentHashMap在不同JDK版本中的实现有所变化，主要可以分为Java 7及之前的版本和Java 8及之后的版本。

1、Java 7及之前的版本：

• ConcurrentHashMap在Java7及之前的版本中采用“分段锁”（Segment）来实现线程安全和高并发性能。其核心思想是将哈希表分成多个段（Segment），每个段维护一个小的哈希表。这些段的数量（并发级别）可以在初始化时设置，默认为16。
• 每个Segment是一个独立的子哈希表，拥有自己的锁。当需要插入、删除或查找一个元素时，只需锁定该元素所在的Segment，而无需锁定整个哈希表。这样，在多线程并发访问时，只要访问的元素位于不同的Segment，线程之间就不会产生锁竞争，从而提高并发性能。

2、Java 8及之后的版本：

• 在Java 8及之后的版本中，ConcurrentHashMap的实现发生了较大变化。底层数据结构仍然是哈希表，但放弃了分段锁的设计。取而代之的是，通过使用更精细化的锁和无锁（lock-free）的数据结构来实现线程安全和高并发性能。
• 在Java 8的实现中，ConcurrentHashMap采用了与HashMap相似的链表+红黑树的数据结构。当哈希桶中的链表长度超过一定阈值时，链表会转换为红黑树，以提高查询性能。
• 为实现线程安全和高并发性能，ConcurrentHashMap在插入和删除操作时使用了synchronized锁定相关的哈希桶，而不是整个哈希表。此外，对于计数和扩容操作，ConcurrentHashMap采用了无锁的CAS（Compare-And-Swap）操作。
  这些更改使得ConcurrentHashMap在Java 8及之后的版本中具有更好的性能和更低的内存开销。

总之，在不同的JDK版本中，ConcurrentHashMap的实现原理有所不同。Java 7及之前的版本采用分段锁的设计，而Java 8及之后的版本通过更精细化的锁和无锁的数据结构来实现线程安全和高并发性能。

ConcurrentHashMap的插入操作的流程如下：

1. 计算键的哈希值：首先，使用键对象的hashCode方法计算哈希值。这个哈希值用于确定元素在哈希表中的位置。
2. 定位哈希桶：将哈希值与哈希表长度减一（table.length - 1）进行按位与操作（hash & (table.length - 1)），得到的结果即为在哈希表中的索引位置。
3. 检查哈希桶：在定位到哈希桶后，检查该桶是否为空：
   a. 如果为空，直接使用CAS（Compare-And-Swap）操作尝试将新的节点插入到哈希桶中。如果CAS操作成功，则插入操作完成；如果CAS操作失败，说明有其他线程正在插入元素，转到步骤4。
   b. 如果哈希桶不为空，需要检查桶中的第一个元素的哈希值是否与待插入元素的哈希值相同。如果相同，转到步骤5；如果不同，转到步骤4。
4. 锁定哈希桶：为了线程安全，需要在修改哈希桶之前对其进行锁定。使用内置锁（synchronized）锁定哈希桶的头节点。
5. 遍历链表/红黑树：在锁定哈希桶后，遍历链表/红黑树（取决于当前哈希桶的结构）以查找与待插入键相同的节点。如果找到相同的键，更新对应的值并返回旧值。如果遍历结束没有找到相同的键，将新节点插入到链表/红黑树中。
6. 更新计数：在成功插入新节点后，使用CAS操作更新ConcurrentHashMap的元素计数。如果CAS操作失败，尝试重新计数或使用备用方案。
7. 扩容检查：在插入操作完成后，检查ConcurrentHashMap是否需要扩容。如果元素个数超过阈值，触发扩容操作。

注意：ConcurrentHashMap的插入操作不允许键或值为null。如果尝试插入null键或值，将抛出NullPointerException异常。

这就是Java 8及之后版本中ConcurrentHashMap插入操作的流程。通过精细化的锁和无锁的CAS操作，ConcurrentHashMap实现了线程安全的插入操作，同时保持了高并发性能。

ConcurrentHashMap的扩容机制如下：

1. 检查是否需要扩容：在每次插入操作后，ConcurrentHashMap会检查当前元素个数是否超过扩容阈值（负载因子 * 容量）。负载因子默认值为0.75。如果元素个数超过阈值，将触发扩容操作。
2. 保证只有一个线程执行扩容：为了避免多个线程同时执行扩容操作，ConcurrentHashMap使用一个整型变量（sizeCtl）来控制扩容。在开始扩容操作前，需要通过CAS操作更新sizeCtl的值。如果CAS操作成功，则当前线程可以执行扩容；如果CAS操作失败，说明其他线程已经在执行扩容，当前线程应该退出扩容流程。
3. 创建新的哈希表：新的哈希表的容量是原始容量的两倍。这是为了在扩容后保持较低的碰撞概率。
4. 转移元素：遍历旧哈希表的所有元素，并将它们重新映射到新的哈希表。这涉及到重新计算每个元素的哈希值和索引位置。在Java 8及之后的版本中，为了提高并发性能，多个线程可以同时转移元素。每个线程负责转移一部分哈希桶，以减少线程间的竞争。
5. 更新哈希表：在转移所有元素后，更新ConcurrentHashMap的哈希表引用，使其指向新的哈希表。
6. 更新扩容阈值：在扩容完成后，更新ConcurrentHashMap的扩容阈值（新阈值 = 负载因子 * 新容量）。