HashMap的实现原理及与 HashTable, Treemap的区别

Java中的接口Map由于是(K, V)键值对形式的存储结构，在编程中经常被用到，常用的实现类有：HashMap, HashTable, TreeMap.

HashMap的实现原理：

HashMap是数组和链表的结合体。从图中可以看出，HashMap底层就是一个数组结构，数组中的每一项又是一个链表。当新建一个HashMap的时候，就会初始化一个数组。

HashMap是基于hashing的原理，我们使用put(key, value)存储对象到HashMap中，使用get(key)从HashMap中获取对象。当我们给put()方法传递键和值时，我们先对键调用hashCode()方法，返回的hashCode用于找到bucket位置来储存Entry对象。

延伸：
1.“当两个对象的hashcode相同会发生什么？
有equals()和hashCode()两个方法，两个对象就算hashcode相同，但是它们可能并不相等因为hashcode相同，所以它们的bucket位置相同，‘碰撞’会发生。因为HashMap使用LinkedList存储对象，这个Entry(包含有键值对的Map.Entry对象)会存储在LinkedList中。

2.如果两个键的hashcode相同，将如何获取值对象？
当我们调用get()方法，HashMap会使用键对象的hashcode找到bucket位置，找到bucket位置之后，会调用keys.equals()方法去找到LinkedList中正确的节点，最终找到要找的值对象。

3.如果HashMap的大小超过了负载因子(load factor)定义的容量，怎么办？
默认的负载因子大小为0.75，也就是说，当一个map填满了75%的bucket时候，和其它集合类(如ArrayList等)一样，将会创建原来HashMap大小的两倍的bucket数组，来重新调整map的大小，并将原来的对象放入新的bucket数组中。这个过程叫作rehashing，因为它调用hash方法找到新的bucket位置。

HashMap与 HashTable, Treemap的区别
（一）HashMap
1.HashMap最多只允许一条记录的键为Null;允许多条记录的值为 Null;
2.HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap;可能会导致数据的不一致。如果需要同步，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有同步的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

（二）HashTable
1.不允许记录的键或者值为空;
2.它支持线程的同步，即任一时刻只有一个线程能写Hashtable,因此也导致了 Hashtable在写入时会比较慢。

（三）TreeMap
1.不支持线程的同步；
2.基于红黑树（Red-Black tree）的 NavigableMap 实现。该映射根据其键的自然顺序进行排序，或者根据创建映射时提供的 Comparator 进行排序，具体取决于使用的构造方法。
3.TreeMap实现SortedMap接口，能够把它保存的记录根据键排序,默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用Iterator 遍历TreeMap时，得到的记录是排过序的。

附上其他博主实现的HashMap的代码：

Entry.java

//Entry.java
public class Entry{
    final K key;
    V value;
    Entry next;//下一个结点

    //构造函数
    public Entry(K k, V v, Entry n) {
        key = k;
        value = v;
        next = n;
    }

    public final K getKey() {
        return key;
    }

    public final V getValue() {
        return value;
    }

    public final V setValue(V newValue) {
    V oldValue = value;
        value = newValue;
        return oldValue;
    }

    public final boolean equals(Object o) {
        if (!(o instanceof Entry))
            return false;
        Entry e = (Entry)o;
        Object k1 = getKey();
        Object k2 = e.getKey();
        if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
            Object v1 = getValue();
            Object v2 = e.getValue();
            if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                return true;
        }
        return false;
    }

    public final int hashCode() {
        return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());
    }

    public final String toString() {
        return getKey() + "=" + getValue();
    }

}

MyHashMap.java

//MyHashMap.java

//保证key与value不为空
public class MyHashMap {
    private Entry[] table;//Entry数组表
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//默认数组长度
    private int size;

    // 构造函数
    public MyHashMap() {
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
        size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
    }

    //获取数组长度
    public int getSize() {
        return size;
    }

    // 求index
    static int indexFor(int h, int length) {
        return h % (length - 1);
    }

    //获取元素
    public V get(Object key) {
        if (key == null)
            return null;
        int hash = key.hashCode();// key的哈希值
        int index = indexFor(hash, table.length);// 求key在数组中的下标
        for (Entry e = table[index]; e != null; e = e.next) {
            Object k = e.key;
            if (e.key.hashCode() == hash && (k == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }

    // 添加元素
    public V put(K key, V value) {
        if (key == null)
            return null;
        int hash = key.hashCode();
        int index = indexFor(hash, table.length);

        // 如果添加的key已经存在，那么只需要修改value值即可
        for (Entry e = table[index]; e != null; e = e.next) {
            Object k = e.key;
            if (e.key.hashCode() == hash && (k == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                return oldValue;// 原来的value值
            }
        }
        // 如果key值不存在，那么需要添加
        Entry e = table[index];// 获取当前数组中的e
        table[index] = new Entry(key, value, e);// 新建一个Entry，并将其指向原先的e
        return null;
    }

}

参考链接：
1.http://www.admin10000.com/document/3322.html
2.http://www.cnblogs.com/xwdreamer/archive/2012/05/14/2499339.html