一、什么是HashMap?

​ 在讨论HashMap的底层之前，我们必须明白什么是HashMap，HashMap是基于哈希表的Map接口的非同步实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用null值和null键。此类不保证映射的顺序，特别是它不保证该顺序恒久不变。

二、HashMap的数据结构

​ 在java编程语言中，最基本的结构就是两种，一个是数组，另外一个是模拟指针（引用），所有的数据结构都可以用这两个基本结构来构造的，HashMap也不例外。HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体。

如图所示:

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从上图中可以看出，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。

分析相关源码:

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    1. /** 
    2.  * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 
    3.  */  
    4. transient Entry[] table;  
    5.   
    6. static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {  
    7.     final K key;  
    8.     V value;  
    9.     Entry<K,V> next;  
    10.     final int hash;  
    11.     ……  
    12. }

    ​

    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。

    ​

三、HashMap的存取实现

1) 存储：

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    1.      public V put(K key, V value) {  
    2.     // HashMap允许存放null键和null值。  
    3.     // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。  
    4.     if (key == null)  
    5.         return putForNullKey(value);  
    6.     // 根据key的keyCode重新计算hash值。  
    7.     int hash = hash(key.hashCode());  
    8.     // 搜索指定hash值在对应table中的索引。  
    9.     int i = indexFor(hash, table.length);  
    10.     // 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。  
    11.     for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
    12.         Object k;  
    13.         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
    14.             V oldValue = e.value;  
    15.             e.value = value;  
    16.             e.recordAccess(this);  
    17.             return oldValue;  
    18.         }  
    19.     }  
    20.     // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。  
    21.     modCount++;  
    22.     // 将key、value添加到i索引处。  
    23.     addEntry(hash, key, value, i);  
    24.     return null;  
    25. }

    ​

    ​ 从上面的源代码中可以看出：当我们往HashMap中put元素的时候，先根据key的hashCode重新计算hash值，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。

    ​ addEntry(hash, key, value, i)方法根据计算出的hash值，将key-value对放在数组table的i索引处。addEntry 是HashMap 提供的一个包访问权限的方法，代码如下：

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      1. void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {  
      2.     // 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry   
      3.     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];  
      4.     // 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry  
      5.     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);  
      6.     // 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限  
      7.     if (size++ >= threshold)  
      8.     // 把 table 对象的长度扩充到原来的2倍。  
      9.         resize(2 * table.length);  
      10. }

      ​

      ​ 当系统决定存储HashMap中的key-value对时，完全没有考虑Entry中的value，仅仅只是根据key来计算并决定每个Entry的存储位置。我们完全可以把 Map 集合中的 value 当成 key 的附属，当系统决定了 key 的存储位置之后，value 随之保存在那里即可。

      ​ hash(int h)方法根据key的hashCode重新计算一次散列。此算法加入了高位计算，防止低位不变，高位变化时，造成的hash冲突。

    2) 读取：

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    1.      public V get(Object key) {  
    2.     if (key == null)  
    3.         return getForNullKey();  
    4.     int hash = hash(key.hashCode());  
    5.     for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];  
    6.         e != null;  
    7.         e = e.next) {  
    8.         Object k;  
    9.         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))  
    10.             return e.value;  
    11.     }  
    12.     return null;  
    13. }

    ​

​ 有了上面存储时的hash算法作为基础，理解起来这段代码就很容易了。从上面的源代码中可以看出：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。

​ 归纳起来简单地说，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。

四、HashMap的性能参数：

HashMap 包含如下几个构造器：

HashMap()：构建一个初始容量为 16，负载因子为 0.75 的 HashMap。

HashMap(int initialCapacity)：构建一个初始容量为 initialCapacity，负载因子为 0.75 的 HashMap。

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：以指定初始容量、指定的负载因子创建一个 HashMap。

HashMap的基础构造器HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)带有两个参数，它们是初始容量initialCapacity和加载因子loadFactor。

initialCapacity：HashMap的最大容量，即为底层数组的长度。

loadFactor：负载因子loadFactor定义为：散列表的实际元素数目(n)/ 散列表的容量(m)。

​ 负载因子衡量的是一个散列表的空间的使用程度，负载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是O(1+a)，因此如果负载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。