HashMap是基于Map的鍵值對映射表，底層是通過數(shù)組济蝉、鏈表杰刽、紅黑樹（JDK1.8加入）來實現(xiàn)的。
HashMap結(jié)構(gòu)
HashMap中存儲元素王滤，是將key和value封裝成了一個Node贺嫂，先以一個Node數(shù)組的來存儲，通過key的hashCode來計算hash值雁乡，根據(jù)hash值和HashMap的大小確定存入元素在數(shù)組中的位置第喳。當hashCode相同時，即產(chǎn)生了相同的數(shù)組索引位置蔗怠，那么就會通過單向鏈表的形式來繼續(xù)存儲墩弯。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
// 省略部分代碼...
}
HashMap中所有的映射都保存在節(jié)點Node中，同時為了解決發(fā)生hash碰撞的沖突寞射，節(jié)點可以持有下一個節(jié)點的引用，以形成一個單向鏈表锌钮。
在JDK1.8桥温，HashMap又做了一些改動，當數(shù)組table某個索引位置的上鏈表的長度大于8的話梁丘，則會將鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹侵浸。
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
// 省略部分代碼...
}
同樣地旺韭，映射的key-value就保存在TreeNode中。parent掏觉、left区端、right持有相應節(jié)點的引用形成紅黑樹。
HashMap源碼分析
主要屬性：
transient Node<K,V>[] table; // 數(shù)組
transient int size; // 大小
int threshold // 擴容閾值
final float loadFactor; // 加載因子澳腹，默認值為0.75
構(gòu)造方法：
// 使用默認的初始容量和加載因子
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 指定初始容量织盼，使用默認的加載因子
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 用現(xiàn)有的Map來構(gòu)造一個新的HashMap
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
// 根據(jù)自定義的初始容量和加載因子來構(gòu)造HashMap
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
} else if (initialCapacity < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {
initialCapacity = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
}
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
threshold = initialCapacity;
init();
}
構(gòu)造函數(shù)主要是設置HashMap的初始容量，以及擴容的加載因子酱塔。HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)構(gòu)造函數(shù)根據(jù)已有的映射來構(gòu)造新的HashMap沥邻，它同樣采用的默認的加載因子，并將m中的元素添加到新構(gòu)造的HashMap中羊娃。
數(shù)據(jù)存放：
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
putMapEntries(m, true);
}
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();
if (s > 0) {
if (table == null) { // pre-size
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
else if (s > threshold)
resize();
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
putAll方法直接調(diào)用putMapEntries唐全。putMapEntries方法中先根據(jù)已有的Map中的元素數(shù)量對新構(gòu)造的HashMap進行擴容，然后遍歷舊的Map蕊玷，取出元素存放到新的HashMap中邮利。
// 存放key-value
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
// 根據(jù)key的hashCode來計算hash值
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// table為null的話，進行初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 根據(jù)（n-1）&hash來計算出元素在數(shù)組中的位置i
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
// 如果數(shù)組中該位置沒有元素垃帅，即tab[i]==null,則直接構(gòu)建Node存放在該位置
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { // tab[i]不為null
Node<K,V> e; K k;
// 如果數(shù)組中已有的節(jié)點tab[i]與需要新存入的元素的key相同延届，則直接替換掉tab[i]
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
// 如果tab[i]為紅黑樹節(jié)點，則直接存入紅黑樹
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// tab[i]為鏈表的第一個節(jié)點挺智，遍歷鏈表祷愉，將新的節(jié)點加入到鏈表的末尾
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果鏈表的長度大于閾值，則將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 如果鏈表中存在與新加入的元素key相同赦颇，則直接替換掉
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
// 添加完成后二鳄，檢查是否需要擴容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
put方法的主要邏輯：根據(jù)添加節(jié)點的hash值計算計算它在數(shù)組中的位置i，判斷tab[i]是否為空媒怯，為空則直接加入订讼；不為空的話，需要判斷該節(jié)點的key是否與新加入的節(jié)點的key相同扇苞，相同的話直接替換欺殿；如果不同則需要判斷tab[i]節(jié)點是否是紅黑樹節(jié)點，如果是紅黑樹節(jié)點鳖敷，則直接加入到紅黑樹中脖苏；如果不是紅黑樹節(jié)點，那肯定就是鏈表的第一個節(jié)點了定踱，遍歷鏈表棍潘，在遍歷的過程中還需要判斷是否與鏈表中已有節(jié)點的key相同，如果相同，同樣直接替換掉亦歉，都不同的話就直接添加到鏈表的末尾恤浪。并且呢，加入鏈表后還需要判斷鏈表的長度是否超過了閾值8肴楷，超過了的話水由，需要將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹。
HashMap在添加數(shù)據(jù)的時候赛蔫，會判斷當前數(shù)據(jù)量是否超過設定的閾值砂客，如果超過的話會進行擴容，在擴容過程中會將已添加的數(shù)據(jù)進行重新添加濒募，以致原來添加元素的順序和位置都改變了鞭盟，所以HashMap不能保證元素的存入取出順序。
刪除數(shù)據(jù)：
// 根據(jù)key刪除數(shù)據(jù)
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
// 根據(jù)key-value刪除數(shù)據(jù)
@Override
public boolean remove(Object key, Object value) {
return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null;
}
// 刪除節(jié)點
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
// 根據(jù)hash值得到數(shù)組索引位置的節(jié)點p
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
// p節(jié)點的key與需要刪除的節(jié)點的key相同的話瑰剃，則說明p就是需要刪除的節(jié)點
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p; // 賦值給node
else if ((e = p.next) != null) {
if (p instanceof TreeNode)
// p節(jié)點為紅黑樹節(jié)點齿诉，從紅黑樹中獲取匹配的刪除節(jié)點
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {
// p節(jié)點為鏈表的第一個節(jié)點，遍歷鏈表晌姚，找到匹配的刪除節(jié)點
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 匹配的刪除節(jié)點node不為null的話粤剧，刪除node
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
if (node instanceof TreeNode)
// 從紅黑樹中刪除
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
else if (node == p)
// 從數(shù)組中刪除
tab[index] = node.next;
else
// 從鏈表中刪除
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}
remove的邏輯和加入元素的邏輯相似，依次從數(shù)組挥唠、紅黑樹抵恋、鏈表中找到匹配的刪除節(jié)點來刪除。
clear方法：
public void clear() {
Node<K,V>[] tab;
modCount++;
if ((tab = table) != null && size > 0) {
size = 0;
for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
tab[i] = null;
}
}
clear方法要簡單些宝磨，直接遍歷數(shù)組tab弧关，將數(shù)組中所有元素都置空即可。
最后
對于HashMap唤锉，我們只要知道了它的底層結(jié)構(gòu)世囊，要理解它的實現(xiàn)原理還是非常簡單。在JDK1.8之后窿祥，加入了紅黑樹的結(jié)構(gòu)株憾，使HashMap的效率比之前的版本又優(yōu)化了很多，關(guān)于鏈表轉(zhuǎn)化為紅黑樹晒衩，以及紅黑樹轉(zhuǎn)鏈表的具體實現(xiàn)等細節(jié)后續(xù)再做分析嗤瞎。
