首先HashMap是基于Hash表存儲的，每個元素都是一個key-value鍵值對，内部結構是hash表和連結清單以及紅黑樹所存儲。其中連結清單和紅黑樹解決沖突問題，當集合容量大于閥值時，自動擴容。
HashMap實作了Serializable、Cloneable 接口，是以能被序列化和克隆，
HashMap是線程不安全的，如果想要安全的話可以使用concurrent包下的concurrentHashMap。
HashMap的數組結構如下圖所示：
HashMap有一個數組Table和連結清單組成。
下面先看看HashMap的屬性，這些屬性組成Hash表和連結清單等。
/**
* 預設的初始化集合容量（容量為HashMap中槽的數目）是16，且實際容量必須是2的整數次幂
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 集合的最大容量（必須是2的幂且小于2的30次方，傳入容量過大将被這個值替換）
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 預設加載因子，當集合容量大于0.75倍時 自動擴容。當然最大是 1 << 30
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* TREEIFY_THRESHOLD 預設為8 當單個連結清單的容量大于 TREEIFY_THRESHOLD 時，就自動轉換為紅黑樹，
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* UNTREEIFY_THRESHOLD 進行resize()操作時用的，不能大于UNTREEIFY_THRESHOLD
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* hash表的裝載因子
*
* @serial
*/
final float loadFactor;
/**
* Node節點，當連結清單長度小于TREEIFY_THRESHOLD時，連結清單用node連結
*/
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;
}
}
/**
* hash表
*/
transient Node<K,V>[] table;
/**
* map集合size
*/
transient int size;
/**
* 線程對集合操作數量，該字段用于使疊代器對HashMap的集合視圖快速失效
*/
transient int modCount;
/**
* 調整大小的下一個尺寸
*
*/
int threshold;
屬性分析完後，下面看下HashMap怎麼建立和怎麼往集合中增加内容的。先看下HashMap的構造方法。
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // 将裝載因子設為預設的0.75f
}
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); //調用另一個構造方法
}
/**
* 用指定的初始值構造一個空的HashMap
*
* @param initialCapacity the initial capacity
* @param loadFactor the load factor
* @throws IllegalArgumentException if the initial capacity is negative
* or the load factor is nonpositive
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) //如果大于最大值的話，就将初始值設為最大值
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
構造方法很簡單，主要是第三個有初始化容量以及加載因子時，他的threshold屬性會調用tableSizeFor方法這個方法源碼如下：
static final int tableSizeFor(int cap) {
int n = cap - 1;
n |= n >>> 1;
n |= n >>> 2;
n |= n >>> 4;
n |= n >>> 8;
n |= n >>> 16;
return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}
這個方法的主要目的就是傳回大于輸入參數且最近的2的整數次幂的數
先來分析有關n位操作部分：先來假設n的二進制為01xxx...xxx。接着
對n右移1位：001xx...xxx，再位或：011xx...xxx
對n右移2為：00011...xxx，再位或：01111...xxx
此時前面已經有四個1了，再右移4位且位或可得8個1
同理，有8個1，右移8位肯定會讓後八位也為1。
綜上可得，該算法讓最高位的1後面的位全變為1。
最後再讓結果n+1，即得到了2的整數次幂的值了。
當往集合中增加内容時，調用put方法。該方法源碼如下
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
發現先對key進行hash然後調用的putValue方法。下面看下這倆個方法
//對key進行hash計算
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
put時主要調用的是這個方法。
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)//紅黑樹
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
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);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
我們從頭開始一行一行分析這段代碼。
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; 一些定義。
第一種情況：第一次添加時還未配置設定table、
當我們第一次往集合中添加内容時，table為空是以進這個if，resize方法是擴容用的，這裡是第一次擴容後的length值，resize方法後面細講。
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
這個if是判斷要加的key-value的keyhash後所放的table數組的位置，第一次添加，p為null，是以進去，new 一個新的Node。
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//new Node
Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
return new Node<>(hash, key, value, next);
}
将modCount加1 ，++modCount;
判斷++size時否大于threshold 如果大于 擴容調用resize方法
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeAccess(e); 這個方法沒啥東西
傳回，
第二種情況：當我們添加的table位置有node時，進else裡面。
Node<K,V> e; K k; //定義
//如果key的hash和node節點的hash相等，并且key，value都相等的話，直接讓e = p（node節點）
if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//如果p是一個紅黑樹則進這裡，紅黑樹是jdk8對HashMap新增的資料結構，更好得解決沖突問題（這次不講紅黑樹的結構變化）
else if (p instanceof TreeNode)//紅黑樹
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//否則進這裡
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) { //當p.next == null時，
p.next = newNode(hash, key, value, null);直接将新建立的node放到p.next 上
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st //判斷binCount大于 8 -1 = 7 ，如果大于的話，轉換為紅黑樹
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//這段代碼的意思就是對連結清單上的節點挨個周遊，先看節點的next節點是否為null 如果為null的話，将新節點插入，然後判斷是否連結清單的長度大于7 如果大于的話，則轉變為紅黑樹 ，在周遊過程彙總判斷新節點的hash後的key是否有跟連結清單中的key相等，如果相等，則将連結清單中的node變為新node。
if (e != null) { // 如果原先連結清單有key 則将原先的value傳回。
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
接着看resize方法 HashMap是怎麼擴容的.
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) {
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) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
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<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
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) { //高位是0
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else { //高位是1
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) { //高位是0 直接加到原位置
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) { //高位是1 放到j+oldCap位置
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
此處jdk8對HashMap擴容時有很多技巧，當擴容時可以很迅速的确定各個node節點在新的table的位置，就是if e.hash & oldCap == 0 則該節點還在原先的位置，else 則該節點在老位置+老容量的位置（oldCap）。
具體算法是這樣的。
我們使用的是2次幂的擴充(指長度擴為原來2倍)，是以，元素的位置要麼是在原位置，要麼是在原位置再移動2次幂的位置。看下圖可以明白這句話的意思，n為table的長度，圖（a）表示擴容前的key1和key2兩種key确定索引位置的示例，圖（b）表示擴容後key1和key2兩種key确定索引位置的示例，其中hash1是key1對應的哈希與高位運算結果。
元素在重新計算hash之後，因為n變為2倍，那麼n-1的mask範圍在高位多1bit(紅色)，是以新的index就會發生這樣的變化：
是以jdk8在擴充容量時不需要再像jdk7那樣重新計算hash隻需要看看原來的hash值新增的那個bit是1還是0就好了，是0的話索引沒變，是1的話索引變成“原索引+oldCap”。
定義老連結清單的頭和尾節點，将高位是0的放到這個連結清單裡，
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; //定義新連結清單的頭和尾節點，将高位是1的放到這個連結清單裡。
do while 循環主要是将原先的老連結清單挨個周遊，如果還是在原位置的話，直接放到第一個連結清單裡，如果不在原位置的話，放到新連結清單裡。最終結果是這樣，如圖：形成兩個連結清單。
最終将這兩個連結清單放到新的table裡面。