原文链接：https://blog.csdn.net/qq_41345773/java/article/details/92066554
概述
HashMap基于Map接口实现，元素以键值对的方式存储，并且允许使用null 建和null值，因为key不允许重复，因此只能有一个键为null,另外HashMap不能保证放入元素的顺序，它是无序的，和放入的顺序并不能相同。HashMap是线程不安全的。
基本属性
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; //默认初始化大小 16
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; //负载因子0.75
static final Entry[] EMPTY_TABLE = {}; //初始化的默认数组
transient int size; //HashMap中元素的数量
int threshold; //判断是否需要调整HashMap的容量
和HashTable的区别
1线程安全
2针对null的不同
3继承关系
HashMap是对Map接口的实现，HashTable实现了Map接口和Dictionary抽象类
4初始容量和扩容
HashMap的初始容量为16，HashTable初始容量为11，负载因子都是0.75
HashMap的扩容是capacity2，HashTable是capacity2+1
5hash计算方式不同
Hashtable计算hash是直接使用key的hashcode对table数组的长度直接进行取模
HashMap计算hash对key的hashcode进行了二次hash，以获得更好的散列值，然后对table数组长度取摸。
HashMap的数据存储结构
HashMap采用Entry数组存储键值对，每一个键值对组成一个Entry实体，Entry实体实际上是一个单向的链表结构，它具有Next指针，可以指向下一个Entry实体，以此来解决Hash冲突
从上图可以发现数据结构由数组加链表组成，一个长度为16的数组中，每个元素储存的是一个链表的头结点，那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key.hashCode())%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12，108%16=12,140%16=12。所以12、28、108、140都储存在数组下标12的位置。
HashMap里边实现一个静态内部类Entry，其重要的属性有hash、key、value、next.
HashMap里面用到链式数据结构的一个概念。上面我们提到过Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。打个比方， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的index=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其index也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。所以疑问不用担心。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value); //null总是放在数组的第一个链表中
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
//遍历链表
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
//如果key在链表中已存在，则替换为新value
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e); //参数e, 是Entry.next
//如果size超过threshold，则扩充table大小。再散列
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
HashMap的扩容机制
一开始看1.8的扩容代码，看的一脸懵，先看一下1.7的代码，好理解：
void resize(int newCapacity) { //传入新的容量
Entry[] oldTable = table; //引用扩容前的Entry数组
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { //扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了
threshold = Integer.MAX_VALUE; //修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //初始化一个新的Entry数组
transfer(newTable); //！！将数据转移到新的Entry数组里
table = newTable; //HashMap的table属性引用新的Entry数组
threshold = (int) (newCapacity * loadFactor);//修改阈值
}
这里就是使用一个容量更大的数组来代替已有的容量小的数组，transfer()方法将原有Entry数组的元素拷贝到新的Entry数组里。
void transfer(Entry[] newTable) {
Entry[] src = table; //src引用了旧的Entry数组
int newCapacity = newTable.length;
for (int j = 0; j < src.length; j++) { //遍历旧的Entry数组
Entry e = src[j]; //取得旧Entry数组的每个元素
if (e != null) {
src[j] = null;//释放旧Entry数组的对象引用（for循环后，旧的Entry数组不再引用任何对象）
do {
Entry next = e.next;
int i = indexFor(e.hash, newCapacity); //！！重新计算每个元素在数组中的位置
e.next = newTable[i]; //标记[1]
newTable[i] = e; //将元素放在数组上
e = next; //访问下一个Entry链上的元素
} while (e != null);
}
}
}
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length - 1);
}
newTable[i]的引用赋给了e.next，也就是使用了单链表的头插入方式，同一位置上新元素总会被放在链表的头部位置；这样先放在一个索引上的元素终会被放到Entry链的尾部(如果发生了hash冲突的话）
jdk1.8以后的代码
final Node[] resize() {
Node[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) { // 如果老容量大于0，说明哈希表中已经有数据了，然后进行扩容
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { // 超过最大容量的话，不扩容
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && // 容量加倍
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) // 如果老的容量超过默认容量的话
newThr = oldThr << 1; // 阀值加倍
}
else if (oldThr > 0) // 根据thresold初始化数组
newCap = oldThr;
else { // 使用默认配置
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;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node[] newTab = (Node[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { // 扩容之后进行rehash操作
Node e;
if ((e = oldTab[j]) != null) { // 无节点，不做处理
oldTab[j] = null;
if (e.next == null) // 单节点，重新计算index
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode) // 红黑树方式处理，跟链表的处理相似
((TreeNode)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // 链表扩容
Node loHead = null, loTail = null;
Node hiHead = null, hiTail = null;
Node next;
do {
next = e.next;
// 原索引
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
// 第一次 loTail 为空，则 loHead 和 loTail 都指向了e
if (loTail == null)
loHead = e;
else// 然后 loTail 不断向后移动来添加新的e
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else { // 原索引+oldCap，方法同上
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
// 原索引放到bucket里
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
// 原索引+oldCap放到bucket里
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
主要流程为：
1、无节点，不处理；
2、单节点，重新计算index（hash & (newCap - 1)）。
3、多节点，跟单节同样的情况，只是没有重新计算所有的index，而是看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0（因为容量扩大了一倍，因此影响结果的是hash之前没有参与运算的最右侧位值，通过 hash & oldCap 便能得到），是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”。
下图是容量从16扩容到32的单节点示意图：
多节点主要看(e.hash & oldCap) == 0这句代码
因此，我们在扩充HashMap的时候，不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，只需要看看原来的hash值新增的那个bit是1还是0就好了，是0的话索引没变，是1的话索引变成“原索引+oldCap”，可以看看下图为16扩充为32的resize示意图：
这个设计确实非常的巧妙，既省去了重新计算hash值的时间，而且同时，由于新增的1bit是0还是1可以认为是随机的，因此resize的过程，均匀的把之前的冲突的节点分散到新的bucket了。这一块就是JDK1.8新增的优化点。有一点注意区别，JDK1.7中rehash的时候，旧链表迁移新链表的时候，如果在新表的数组索引位置相同，则链表元素会倒置，但是从上图可以看出，JDK1.8不会倒置。