一、HashMap 的原理
1.HashMap简介
简单来讲，HashMap底层是由数组+链表的形式实现，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的，如果定位到的数组位置不含链表（当前entry的next指向null）,那么对于查找，添加等操作很快，仅需一次寻址即可；如果定位到的数组包含链表，对于添加操作，首先遍历链表，存在即覆盖，否则新增；对于查找操作来讲，仍需遍历链表，然后通过key对象的equals方法逐一比对查找。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组（数组默认大小是16），可以允许存入null键和null值，线程不安全。
源码如下：
/** * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. */ transient Entry[] table; static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; final int hash; …… }
可以看出，Entry就是数组中的元素，每个 Map.Entry 其实就是一个key-value对，它持有一个指向下一个元素的引用，这就构成了链表。
2.HashMap存储和读取 源码如下:
1 //存储 2 public V put(K key, V value) { 3 // HashMap允许存放null键和null值。 4 // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。 5 if (key == null) 6 return putForNullKey(value); 7 // 根据key的keyCode重新计算hash值。 8 int hash = hash(key.hashCode()); 9 // 搜索指定hash值在对应table中的索引。 10 int i = indexFor(hash, table.length); 11 // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。 12 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 13 Object k; 14 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { 15 // 如果发现已有该键值，则存储新的值，并返回原始值 16 V oldValue = e.value; 17 e.value = value; 18 e.recordAccess(this); 19 return oldValue; 20 } 21 } 22 // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。 23 modCount++; 24 // 将key、value添加到i索引处。 25 addEntry(hash, key, value, i); 26 return null; 27 } 28 29 //读取 30 public V get(Object key) { 31 if (key == null) 32 return getForNullKey(); 33 int hash = hash(key.hashCode()); 34 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 35 e != null; 36 e = e.next) { 37 Object k; 38 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) 39 return e.value; 40 } 41 return null; 42 } 43 44 //hash算法 45 static int hash(int h) { 46 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); 47 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); 48 }
根据hash值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，新加入的放在链头，最先加入的放在链尾。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。
我们可以看到在HashMap中要找到某个元素，需要根据key的hash值来求得对应数组中的位置。如何计算这个位置就是hash算法。前面说过HashMap的数据结构是数组和链表的结合，所以我们当然希望这个HashMap里面的元素位置尽量的分布均匀些，尽量使得每个位置上的元素数量只有一个，那么当我们用hash算法求得这个位置的时候，马上就可以知道对应位置的元素就是我们要的，而不用再去遍历链表，这样就大大优化了查询的效率。
根据上面 put 方法的源代码可以看出，当程序试图将一个key-value对放入HashMap中时，程序首先根据该 key的 hashCode() 返回值决定该 Entry 的存储位置：如果两个 Entry 的 key 的 hashCode() 返回值相同，那它们的存储位置相同。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 true，新添加 Entry 的 value 将覆盖集合中原有 Entry的 value，但key不会覆盖。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 false，新添加的 Entry 将与集合中原有 Entry 形成 Entry 链，而且新添加的 Entry 位于 Entry 链的头部——具体说明继续看 addEntry() 方法的说明。从HashMap中get元素时，首先计算key的hashCode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过key的equals方法在对应位置的链表中找到需要的元素。
3.归纳总结：
HashMap 在底层将 key-value 当成一个整体进行处理，这个整体就是一个 Entry 对象。HashMap 底层采用一个 Entry[] 数组来保存所有的 key-value 对，当需要存储一个 Entry 对象时，会根据hash算法来决定其在数组中的存储位置，在根据equals方法决定其在该数组位置上的链表中的存储位置；当需要取出一个Entry时，也会根据hash算法找到其在数组中的存储位置，再根据equals方法从该位置上的链表中取出该Entry。
4.上面HashMap原理是基于JDK1.7介绍的，在JDK1.8中对HashMap进行了优化：
JDK1.7中一个很明显的地方是：当 Hash 冲突严重时，在数组上形成的链表会变的越来越长，这样在查询时的效率就会越来越低；时间复杂度为 O(N)。
因此 1.8 中重点优化了这个查询效率。区别具体体现在：1.增加了TREEIFY_THRESHOLD 用于判断是否需要将链表转换为红黑树的阈值（默认是8），一旦链表中的数据较多(即>8个)之后，就会转用红黑树来进行存储，优化存储速度，查询效率也直接提高到了 O(logn)；2.HashEntry 修改为 Node，Node 的核心组成其实也是和 1.7 中的 HashEntry 一样，存放的都是 key value hashcode next 等数据。
二、HashMap 与 Hashtable、ConcurrentHashMap 的区别
| HashTable | HashMap | ConcurrentHashMap | |
| 底层数据结构 | 数组+链表 | 数组+链表 | 数组+链表 |
| key可为空 | 否 | 是 | 否 |
| value可为空 | 否 | 是 | 否 |
| 线程安全 | 是 | 否 | 是 |
| 默认初始容量 | 11 | 16 | 16 |
| 扩容方式 | (oldSize << 1)+1 | oldSize << 1 | 桶的扩容 |
| 扩容时间 | size超过（容量*负载因子） | size超过（容量*负载因子） | 桶超数超过（容量*负载因子） |
| hash | key.hashCode() | (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) | (key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16)) & 0x7fffffff |
| index计算方式 | (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length | (tab.length - 1) & hash | (tab.length - 1) & hash |
| 默认负载因子 | 0.75f | 0.75f | 0.75f |
三者主要区别：
1.存储时key、value能否为空问题：
HashTable和ConcurrentHashMap都不允许NULL键和NULL值，而HashMap允许
2.线程安全问题：
HashMap仅限运用于单线程，在多线程中可能存在问题，是线程不安全的；而HashTable和ConcurrentHashMap都是线程安全的。
HashTable实现线程安全的方式是在修改数据时锁住整个HashTable，让当前线程独占，效率低，而ConcurrentHashMap对此做了相关优化，ConcurrentHashMap通过把整个Map分为N个Segment（分段），在修改数据时会局部锁住某段部分数据，但不会把整个表都锁住。ConcurrentHashMap读操作不加锁，由于HashEntry的value变量是 volatile的，也能保证读取到最新的值。因为volatile定义的变量保证了对所有线程可见。
参考博文：