简介
HashMap在工作中使用频率最高的用于映射(键值对)处理的数据类型。本文主要通过JDK1.8版本，深入探讨HashMap的结构实现和功能原理。
功能实现
JDK1.8版本中HashMap是数组+链表+红黑树实现的。
由于HashMap就是使用哈希表来存储的，当两个hash值算出同一个index时，就出现了“hash冲突”——两个键值对要被插在同一个bucket里了。
常见解法有两种：
①开放式hash map：用一个bucket数组作为骨干，然后每个bucket上挂着一个链表来存放hash一样的键值对。有变种不用链表而用例如说二叉树的，反正只要是“开放”的、可以添加元素的数据结构就行；
②封闭式hash map：bucket数组就是主体了，冲突的话就线性向后在数组里找下一个空的bucket插入；查找操作亦然。java.util.HashMap用的是开放式设计。Hash冲突越多越影响访问效率，所以要尽量避免。
下面具体来看看如何实现的
首先需要清楚HashMap数据底层具体存储的是什么?
根据源码，HashMap类中有一个字段， Node[] table字段，即哈希桶数组，明显它是一个Node的数组。
Paste_Image.png
我们来看Node是什么。
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;
}
从源码可以看出：Node是HashMap的一个内部类，实现了Map.Entry接口，本质是就是一个映射(键值对)。当我们通过hashMap.put(key，value);时，Node存储的就是我们put的k-v键值对。
确定哈希桶数组索引位置
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
// h = key.hashCode() : 取hashCode值
// h ^ (h >>> 16) :高位参与运算
//tab[i = (n - 1) & hash]: 取模运算【这段代码是在下面的put（）方法里面】
put()方法
当我们通过下面的代码添加值的时候
Map<String, String> map = new HashMap<String, String>();
map.put("key1", "value2");
map.put("key2", "value2");
具体会由HashMap的put()方法进行处理，下面就是HashMap的put()方法源码
public V put(K key, V value) {
// 对key的hashCode()做hash
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// ①：tab为空或者tab长度为0
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
//执行resize()进行扩容
n = (tab = resize()).length;
// ②：根据键值key计算hash值得到插入的哈希数组索引i，并对null做处理
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
//null的话说明tab中index位置没有node，那么就可以直接创建node添加到数组中
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
// ③：节点key存在，直接覆盖value
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//覆盖value
e = p;
// ④：判断该链表为红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// ⑤该链为链表则遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，
//在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；
//遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//链表长度大于8转换为红黑树进行处理
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可
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;
// ⑥：超过最大容量 就扩容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
从上面的源码可以总结出HashMap的put()方法的执行流程：
①.判断哈希桶数组table[i]是否为空或length为0，否则执行resize()进行扩容；
②.根据键值key计算hash值得到插入的哈希数组索引i，如果table[i]==null，直接新建节点添加，转向⑥，如果table[i]不为空，转向③；
③.判断table[i]的元素，也就是Node节点中的hash值是否与要添加的key的hash值相等，并且Node节点中的key与要添加的key是否相等，也就是是hashCode以及equals，如果相同直接覆盖value，如果仅仅是hash值一样，key不一样，那么转向④；
④.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中插入键值对，否则转向⑤；
⑤.遍历table[i]，判断链表长度是否大于8，大于8的话把链表转换为红黑树，在红黑树中执行插入操作，否则进行链表的插入操作；遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可；
⑥.插入成功后，判断实际存在的键值对数量size是否超多了最大容量threshold，如果超过，进行扩容。
get()方法
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
//①tab不为空并且tab.length不为0，tab[i]也不为空
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//如果hash和key都一样，直接从哈希数组桶中获取value值
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
//②如果hash一样，但是key不一样，则从红黑树或者链表中查找
if ((e = first.next) != null) {
//如果是红黑树，则到红黑树中查找
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
//从链表中循环迭代查找
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
从上面的源码可以总结出HashMap的get()方法的执行流程：
①.判断哈希桶数组tab[i]是否为空或length为0，根据键值key计算hash值得到查找的哈希数组索引i，如果tab[i]==null，转向⑤；否则转向②
②.判断tab[i]的元素，也就是Node节点中的hash值是否与要查找的key的hash值相等，并且Node节点中的key与要查找的key是否相等，也就是hashCode以及equals，如果相同则return node<k,v>，如果仅仅是hash值一样，key不一样，那么转向③；
③.判断table[i] 是否为treeNode，即table[i] 是否是红黑树，如果是红黑树，则直接在树中查找键值对，否则转向④；
④从链表中查找，首先遍历tab[i]，根据hashCode以及equals查找到Node<k,v>；如果查不到转向⑤；
⑤.如果查不到return null。