注：该系列文章总结自JDK1.9源码的文档注释和源码，我对源码的部分中文注释已经同步到Github：https://github.com/Dodozhou/JDK
Map接口实现概述
Map的实现体系中，常用的类和接口可以大致分为三层。下面一一说明这些类或接口的特点和作用。
第一层
第一层包含一个抽象类AbstractMap和一个接口SortedMap。AbstractMap简单实现了Map接口的大部分操作，降低了实现Map接口的难度，第二层的所有类均继承了该类，它是Map接口的框架性形式。SortedMap接口定义了有序Map需要遵循的规则和实现的方法，有序Map都需要实现该接口。
AbstractMap
该类提供了一个Map接口的框架性实现，降低了实现Map接口的难度。该Map实现允许存入null值。它实现了Map接口的绝大多数方法，如get(Object)：
/**
* {@inheritDoc}
*
* 通过entrySet().iterator()对map进行遍历，如果key等于null，则找出ey为
* null的映射，并返回它的value。如果key不等于null，则找到匹配的映射，并返回value。
* 如果找不到匹配的key，则返回null。
* 该方法花费线性时间，很多实现会重写该方法。
* 由于该实现允许null值的插入，因此不可以仅仅通过返回值来判断key是否存在。这在Map接口中已经说过，
* 可以结合containsKey方法进行判断。
* @implSpec
* This implementation iterates over {@code entrySet()} searching
* for an entry with the specified key. If such an entry is found,
* the entry's value is returned. If the iteration terminates without
* finding such an entry, {@code null} is returned. Note that this
* implementation requires linear time in the size of the map; many
* implementations will override this method.
*
* @throws ClassCastException {@inheritDoc}
* @throws NullPointerException {@inheritDoc}
*/
public V get(Object key) {
Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
if (key==null) {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (e.getKey()==null)
return e.getValue();
}
} else {
while (i.hasNext()) {
Entry<K,V> e = i.next();
if (key.equals(e.getKey()))
return e.getValue();
}
}
return null;
}同map接口一样，继承该类需要至少实现两个构造函数，一个无参，一个以map为参数。
此外，该类还重写了继承自Object的equals(Object)、HashCode()、toString()、Clone()方法，使得这些方法适用于Map类型。以equals为例：
public boolean equals(Object o) {
if (o == this) //引用判断
return true;
if (!(o instanceof Map)) //类型判断
return false;
Map<?,?> m = (Map<?,?>) o;
if (m.size() != size()) //大小判断
return false;
try {
for (Entry<K, V> e : entrySet()) { //对所有entry进行循环遍历
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
if (value == null) {
if (!(m.get(key) == null && m.containsKey(key))) //对键判断
return false;
} else {
if (!value.equals(m.get(key))) //对值判断
return false;
}
}
} catch (ClassCastException unused) {
return false;
} catch (NullPointerException unused) {
return false;
}
return true;
}SortedMap
该接口继承了Map接口，它定义了key有序的Map。key如果实现Comparable接口，那么可以使用自然顺序进行排序。否则，在创建该map是提供外部comparator。对该map返回的视图（entrySet, keySet and values 方法）进行迭代遍历时就是根据key的顺序进行。该类还额外提供了几种方法来利用key有序这个特性。
该接口要求所有的key都必须是可以进行比较的，要么通过k1.compareTo(k2)，要么通过comparator.compare(k1, k2)进行比较。它同时还规定了所有通用的sorted map需要提供4个构造器，分别是：
- 无参数构造器，给子类调用
- 只含有一个Comparator的构造器
- 只含有一个Map类型的参数，根据Map的key的自然顺序排序
- 只含有一个SortedMap类型参数的构造器。
接口提供了几个根据key的范围返回submaps的方法。这些范围都是半闭半开的。可以通过m.subMap(low, high+”\0”)来获得全闭范围。或者通过m.subMap(low+”\0”, high)来获得全开范围。
该接口定义了几种利用key有序特性的方法：
- subMap(K fromKey, K toKey)：获取指定范围内的子Map视图。
- headMap(K toKey)
- tailMap(K fromKey)
- firstKey()：获取第一个key
- lastKey()：获取最后一个key
第二层
如最开始的结构图所示，所有的类都实现了AbstractMap，只有TreeMap实现了SortedMap。接下来对这些类的作用和原理进行一个简略的说明。
HashMap
HashMap是一个基于哈希表来存储键值对，以期获得O(1)的操作时间。它的底层实现时这样的：
- 定义了Node节点，该节点类似于链表节点。使用Node数组作为哈希表
- 在插入元素时，通过(n-1)&hash求得下标，并将其插入到该下标处。
- 如果下标处已经有元素了，那么就将元素插入到该哈希桶的链表头部。
- 执行删除时，同样通过(n-1)&hash求得下标，然后对该哈希桶的链表进行遍历，找到了就删除。
他有如下特点：
- 容量始终是2的整数次幂，默认容量是16.当用户通过构造函数指定初始容量时，该类会将其转化为大于它的最接近的2的幂。如用户输入30，那么初始容量会是32.具体转化方式参见：https://blog.csdn.net/zhoucheng05_13/article/details/79815803
- 默认的装填因子（load factor)是0.75.
- 它使用链地址法解决哈希冲突。
- 在哈希表大小大于68，且链的长度大于8时，HashMap会将链转化为红黑树结构，以提高查询效率。
- 在哈希表容量小于68，那么HashMap会对哈希表进行扩容，并重新哈希。
- 在冲突链的长度小于6时，HashMap又会将红黑树转化为链表形式。
- 对HashMap进行遍历时，所话的时间与capacity而不是size成正比。以为它需要遍历Node数组的每一个位置。
- 当容量达到阈值（load factor * capacity）时，将Node数组增大2倍（因为容量室长要为2的幂）。
WeakHashMap & IdentityHashMap
WeakHashMap的key只保留对实际对象的弱引用，这意味着如果WeakHashMap对象的key所引用的对象没有被其他强引用变量所引用，则这些key所引用的对象可能被垃圾回收，WeakHashMap也可能自动删除这些key所对应的key-value对。
在IdentityHashMap中，当且仅当两个key严格相等（key1==key2）时，IdentityHashMap才认为两个key相等；相对于普通HashMap而言，只要key1和key2通过equals()方法返回true，且它们的hashCode值相等即可。
更具体的信息参加博客：https://blog.csdn.net/zhoucheng05_13/article/details/79834024
HashTable
可以将HashTable理解为HashMap的线程安全版本，但是它们在哈希算法等方面还是存在一些不同。该列已经逐渐别废弃，在线程安全的场景下，JDK推荐使用HashMap代替Hashtable。如果需要一个线程安全的高并发实现，那么建议使用ComcurrentHashMap而不是该类。
HashTable具有如下特点：
- 通过在所有方法上添加Synchronized关键字进行同步锁定，因此线程安全，但效率很低
- 初始容量是11，如果用户指定了初始容量，那么HashTable不会做任何修改。
- load factor同样是0.75
- 使用Entry
TreeMap
TreeMap是一个基于NavigableMap的红黑树实现。该实现保证了containsKey、get、put、remove操作的log(n)时间界。
TreeMap最重要的特点是，使用了红黑树这种有序平衡二叉树来保持了key的顺序，同时又利用有序二叉树的常用操作的log(n)时间界。
注意，该方法不是同步的。如果要在多线程环境下使用，那么需要进行外部同步，通常是通过锁定一个外部对象，如果不存在这样的对象，那么应该使用Collections.synchronizedSortedMap进行包裹。
由该类集合视图方法返回的集合，它们的迭代器都是快速失败机制的。（快速失败机制有什么用？首先，快速失败是通过在每次进行操作前判断modCount是否等于expectedModCount，如果不等则说明集合在外部被修改了，那么抛出异常，终止遍历，将风险降到最小，而不是在未来的某一不确定的时间，冒任意不确定的风险。该机制并不可靠（为什么不可靠？存在不同步的并发修改时，不可能做出任何绝对的保证），不能依赖于该机制编程，官方文档中指明，该机制仅用于检测错误）
关于红黑树，我还不了解，因此这里就不多说了。
第三层
第三层是HashMap的子类，LinkedHashMap。
LinkedHashMap是通过链表的方式使得插入变得有序的Map接口实现。这个实现是为了解决HashMap和HashTable无序问题，而又不增加像TreeMap那样的成本。它基于HashMap，并在HashMap的基础上为每个节点增加了一个双向链，形成了一个双向链表，以此来保证了元素的有序。
**重点！**LinkedHashMap的一个特殊的构造器LinkedHashMap(int,float,boolean)被用来创建一个从最近最少到最近被访问的访问顺序排序的LinkedHashMap。这样的map非常适合用于实现LRU缓存。关于LinkedHashMap与LRU的关系，参见：https://blog.csdn.net/zhoucheng05_13/article/details/79832885
LinkedHashMap与HashMap的不同点有：
- LinkedHashMap在视图上的迭代器需要与size成比例的时间，与容量无关。而HashMap的迭代器依赖于哈希桶的容量，这将花费比LinkedHashMap更多的时间。
- LinkedHashMap的initial capacity和load facotry参数的定义与HashMap中一样。不过，需要注意的是，初始容量过高给LinkedHashMap带来的影响比HashMap要小得多。因为LinkedHashMap的遍历是通过链表完成（HashMap是通过遍历所有哈希桶，时间与容量成正比）。由于添加了链表，因此LinkedHashMap的性能会略低于HashMap。
- LinkedHashMap可以通过accessOrder参数来选择两种不同的排序方式：accessOrder为true时，以元素的访问顺序排序。为false时（默认情况），以元素的插入顺序排序。