HashMap,困扰着很多Java初学者，恰恰又在面试时倍受面试官的青睐，本文结合实例和API文档剖析HashMap的工作原理，希望对面试总结或是初学者有一定的帮助。下面进入正题。
HashMap，基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。
HashMap的实例有两个参数影响其性能：初始容量（默认16） 和 加载因子（默认0.75）。容量 是哈希表中桶的数量，初始容量只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 rehash 操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数。通常，默认加载因子 (.75) 在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本。（来自JDK API 1.6.0）
我们来看个非常简单的例子。有一个”国家”(Country)类，我们将要用Country对象作为key，它的首都的名字（String类型）作为value。下面的例子有助于我们理解key-value对在HashMap中是如何存储的。
public class Country {
String name;
long population;
public Country(String name,long population){
super();
this.name = name;
this.population = population;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public long getPopulation() {
return population;
}
public void setPopulation(long population) {
this.population = population;
}
@Override
public int hashCode() {
// TODO Auto-generated method stub
if(this.name.length()%2==0)
return 31;
else {
return 95;
}
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
// TODO Auto-generated method stub
Country other = (Country)obj;
if(name.equalsIgnoreCase(other.name))
return true;
return false;
}
}
关于HashCode()方法请参考链接：http://www.cnblogs.com/batys/archive/2011/10/25/2223942.html
程序入口：
public class HashMapStructure {
/**
* @param args
*/
public static void main(String[] args) {
Country india=new Country("India",1000);
Country japan=new Country("Japan",10000);
Country france=new Country("France",2000);
Country russia=new Country("Russia",20000);
HashMap<Country,String> countryCapitalMap=new HashMap<Country,String>();
countryCapitalMap.put(india, "Delhi");
countryCapitalMap.put(japan, "Tokyo");
countryCapitalMap.put(france, "Paris");
countryCapitalMap.put(russia, "Moscow");
Iterator<Country> countryCapitalIter = countryCapitalMap.keySet().iterator();
while(countryCapitalIter.hasNext()){
Country countryObj = countryCapitalIter.next();
String capital = countryCapitalMap.get(countryObj);
System.out.println(countryObj.getName()+"----"+capital);
}
}
}
现在，在第20行设置一个断点（定位到该行，执行 Ctrl+Shift+B 添加/去除断点），调试运行java application。程序会停在20行，然后在调试窗口查看countryCapitalMap的值，将会看到如下的结构：
从上图可以观察到以下几点：
1. 有一个叫做table大小是16的Entry数组，16即为HashMap初始容量。
2. 这个table数组存储了Entry类的对象。HashMap类有一个叫做Entry的内部类。这个Entry类包含了key-value作为实例变量。我们来看下Entry类的结构。Entry类的结构：
static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;
int hash;
.......
3. 每当往hashmap里面存放key-value对的时候，都会为它们实例化一个Entry对象，这个Entry对象就会存储在前面提到的Entry数组table中。示例中创建的Entry对象将会存放的位置（即在table中的精确位置），是根据key的hashcode()方法计算出来的hash值来决定。hash值用来计算key在Entry数组的索引。
4. 观察上图中数组的索引10，它有一个叫做HashMap$Entry的Entry对象。
5. 示例往hashmap放了4个key-value对，但是看上去好像只有2个元素！！！这是因为，如果两个元素有相同的hashcode，它们会被放在同一个索引上。问题出现了，该怎么放呢？原来它是以链表(LinkedList)的形式来存储的(逻辑上)。
上面的country对象的key-value的hash值是如何计算出来的？返回查看我们Overrite的HashCode()方法可知
Japan的Hash值是95，它的长度是奇数。
India的Hash值是95，它的长度是奇数。
Russia的Hash值是31，它的长度是偶数。
France，它的长度是偶数。
接下来，我们根据源码来分析put和get方法的实现。
put:
/**
* Associates the specified value with the specified key in this map.
* If the map previously contained a mapping for the key, the old
* value is replaced.
*
* @param key key with which the specified value is to be associated
* @param value value to be associated with the specified key
* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or
* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt>.
* (A <tt>null</tt> return can also indicate that the map
* previously associated <tt>null</tt> with <tt>key</tt>.)
*/
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
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;
}
下面是put()方法的代码分析：
1. 对key做null检查。如果key是null，会被存储到table[0]，因为null的hash值总是0。
2. key的hashcode()方法会被调用，然后计算hash值。hash值用来找到存储Entry对象的数组的索引。有时候hash函数可能写的很不好，所以JDK的设计者添加了另一个叫做hash()的方法，它接收刚才计算的hash值作为参数。如果你想了解更多关于hash()函数的东西，可以参考：hashmap中的hash和indexFor方法
3. indexFor(hash,table.length)用来计算在table数组中存储Entry对象的精确的索引。
4. 在我们的例子中已经看到，如果两个key有相同的hash值(也叫冲突)，他们会以链表的形式来存储。所以，这里我们就迭代链表。
*如果在刚才计算出来的索引位置没有元素，直接把Entry对象放在那个索引上。
*如果索引上有元素，然后会进行迭代，一直到Entry->next是null。当前的Entry对象变成链表的下一个节点。
*如果我们再次放入同样的key会怎样呢？逻辑上，它应该替换老的value。事实上，它确实是这么做的。在迭代的过程中，会调用equals()方法来检查key的相等性(key.equals(k))，如果这个方法返回true，它就会用当前Entry的value来替换之前的value。
get:
/**
* Returns the value to which the specified key is mapped,
* or {@code null} if this map contains no mapping for the key.
*
* <p>More formally, if this map contains a mapping from a key
* {@code k} to a value {@code v} such that {@code (key==null ? k==null :
* key.equals(k))}, then this method returns {@code v}; otherwise
* it returns {@code null}. (There can be at most one such mapping.)
*
* <p>A return value of {@code null} does not <i>necessarily</i>
* indicate that the map contains no mapping for the key; it's also
* possible that the map explicitly maps the key to {@code null}.
* The {@link #containsKey containsKey} operation may be used to
* distinguish these two cases.
*
* @see #put(Object, Object)
*/
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
Entry<K,V> entry = getEntry(key);
return null == entry ? null : entry.getValue();
}
当你理解了hashmap的put的工作原理，理解get的工作原理就非常简单了。当你传递一个key从hashmap总获取value的时候：
1. 对key进行null检查。如果key是null，table[0]这个位置的元素将被返回。
2. key的hashcode()方法被调用，然后计算hash值。
3. indexFor(hash,table.length)用来计算要获取的Entry对象在table数组中的精确的位置，使用刚才计算的hash值。
4. 在获取了table数组的索引之后，会迭代链表，调用equals()方法检查key的相等性，如果equals()方法返回true，get方法返回Entry对象的value，否则，返回null。
到此，相信你对HashMap不再陌生了，学习结束后应当牢记以下关键点：