HashMap的底层原理剖析
首先我们来看一下hashmap的源码：
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
由源码可知：
1.HashMap继承于AbstractMap类
2.它实现了 两个接口，分别是：
（1）Cloneable接口，故HashMap可以被克隆
（2）Serializable 接口，故HashMap可以实现序列化
HashMap是非线程安全的，只适用于单线程环境下，多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap。
接下来我们来看其内部实现：
1.基本属性
/**
*
* 默认的初始容量必须是2的幂
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
最大容量为2的30次幂，如果指定容量大于最大容量，则使用指定的容量
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
*在构造函数中未指定的情况下使用的负载因子。
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
1.HashMap的默认初始容量必须是2的次幂，为16；
2.HashMap的最大容量是2的30次幂；
3.装载因子为0.75；此处要注意的一点是：
装载因子越大,填满的元素越多,好处是,空间利用率高了,但发生哈希冲突的机会加大了.链表长度会越来越长,查找效率降低。反之,加载因子越小,填满的元素越少,好处是:冲突的机会减小了,但:空间浪费多了.表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），发生哈希冲突的机会越大,则查找的成本越高
2.
/**
垃圾箱可以树化的最小的表容量。(否则，如果一个bin中节点太多，则调整表的大小。)应该至少为4*TREEIFY_阈值，以避免调整大小和树化阈值之间的冲突。
*/
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;
}
public final K getKey() { return key; }
public final V getValue() { return value; }
public final String toString() { return key + "=" + value; }
public final int hashCode() {
return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
}
public final V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public final boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (o instanceof Map.Entry) {
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
Objects.equals(value, e.getValue()))
return true;
}
return false;
}
}
可以看出数据在HashMap中都是以Key-Val键值对的形式存在，且节点都有一个next属性，故此处需要说明一点：
在JDK1.7阶段，是不存在树的，即挂载到数组同一个位置的多个Node通过next属性构成了一个单向链表。而在JDK1.8中，当单项链表中元素大于等于8时，单项列表会变为一棵树。该树为红黑树。该转化操作是由final void treeifyBin(Node
3.元素的插入
/**
将指定的值与此映射中的指定键关联。*如果映射以前包含键的映射，则替换旧的值。
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//说明是红黑树，按照红黑树方法放入新节点
else {
// 说明是列表，按照列表方法放入新节点
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
// 如果放入列表后列表过长，则将列表转为红黑树
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // // 这里说明新值和旧值的key完全相同，进行覆盖操作
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
在此处总结一下，想HashMap中元素插入过程：
1.计算要插入数据的Hash值，并根据该值确定元素的插入位置（即在动态数组中的位置）。
2.将元素放入到数组的指定位置
3.如果该数组位置之前没有元素，则直接放入放入该位置后，数组元素超过扩容阈值，则对数组进行扩容，放入该位置后，数组元素没超过扩容阈值，break；
如果该数组位置之前有元素，则挂载到已有元素的后端，如果之前元素组成了树，则挂入树的指定位置，如果之前元素组成了链表；
4.如果加入该元素链表长度超过8，则将链表转化为红黑树后插入
5.如果加入该元素链表长度不超过8，则直接插入
4.扩容
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {//如果长度大于容量最大值，则不进行扩容
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) //初始容量处于阈值
newCap = oldThr;
else { // 零初始阈值表示使用默认值
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr; // 创建一个新的数组
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
//对所有元素重新进行哈希
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
HashMap的扩容主要分为两步：
1.容量扩容为原来的两倍。
2.将已经hash分布到数组中的所有元素重新计算hash值，分配到新的数组中。
最后有两点比较重要：
1.HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。
2.HashMap允许有null存在