1、什么是HashMap

  java.util.HashMap是一个用于存储键值对的集合，每一个键值对称为 Entry。这些键值对分散存储在一个数组当中，这个数组就是 HashMap 的主干。

  基本使用：

public class HashMapTest {public static void main(String[] args) {HashMap<String,Integer> map = new HashMap<>();map.put("klb",18);map.put("smm",12);System.out.println(map);}
}

  运行结果：

HashMap 数组每一个元素的初始值都是 Null。

2、构造函数

  通过源码可以看出总共有四个构造函数：




可以看出，构造函数涉及到两个参数：loadFactor和initialCapacity，在java.util.HashMap中有两个属性：


当两个参数没有指定值，则有默认值。两个参数分别叫做加载因子和初始化容量。

  这两个参数是干嘛的呢？

  在构造函数中只看到这些参数赋值给了属性，但没有使用，更没有看到有创建数组的地方。不是说 HashMap 是数组加链表么？

  其实，HashMap 可以看成懒加载，当没有数据 put 进来的时候，是不会创建数组的，防止浪费空间。

3、table 的创建

  我们使用map.put("klb",18)就把数据插入到 HashMap 当中了，这中间发生了什么呢？

  我们查看源码：

table 指的就是 HashMap 的数组部分，第一个 if 判断就是判断这个 table 是否创建了，如果没有创建，则创建一个，我们进入这个inflateTable(threshold)查看源码：

创建 table 的过程：

  1、没有指定的情况下，默认的loadFactor为0.75，默认的initialCapacity为16。首先是对 table 的容量进行纠正：

这里的capacity就是大于等于toSize的数字中，最近的那个 2 的幂。默认值是 16 ，因此这里输出也是 16。如果在构造器中输入了initialCapacity为 18，那么大于 18 又是最近的 2 的幂，只能是 32，这个函数会返回 32 。总之，这个roundUpToPowerOf2就是为了保证 table 的容量既能满足程序员的要求，又必须是 2 的幂。

  3、更新阈值为capacity * loadFactor

后面那个MAXIMUM_CAPACITY值为 1<<30，也就是 2³⁰= 1,073,741,824，一般是达不到这么大的数值。我们可以看成阈值就是：table 的容量和负载因子的乘积。

4、确定了 table 的容量，接着就是直接创建容量大小的数组：

可以得出：table 是一个 Entry[] 类型的数组，那 Entry 又是什么呢？查看 Entry 的定义：

Entry 就是我们操作的键值对，他的 key 是 final 类型表示不可修改，有 next 属性表示可以多个 Entry 连城一个链表，带有 hash 值。

  因此，我们可以得出结论：JDK7 的 HashMap 就是数组+链表的形式。

4、Put 方法

  继续看源码：

对键值对的 key 先通过hash()方法得到 hash 值，然后调用indexFor(hash, length)方法计算出当前 Entry 要插入在 table 的哪一个位置。我们来看这两个方法的源码：

hash(key)方法是计算对应 key 的哈希值，有兴趣的可以查询其他资料来学习这个函数的过程，这里只介绍indexFor方法。我们可以看到，这个方法对哈希值进行h & (length-1)操作，length 就是 table 的长度，为什么要这个与操作呢？

  通过 table 的创建过程可以知道：length 是 2 的幂，一个 2 的幂的数字，减去 1 之后，展开成二进制就会是全是 1。比如，如果 length 为 16，那么 15 的二进制表示就是 1111 1111。而 length 是 int 类型的，即 32 位。如果 length 为 16，h 为 749，则这个 indexFor 操作为：

0000 0000 0000 0000 0000 0010 1110 1101
&
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111
=
0000 0000 0000 0000 0000 0000 1110 1101

  其实就是说，length 数值为多少，就取 hash 低多少位的值，这个值的范围肯定是 0 到 length - 1。肯定能放到 table 的某个位置上。

  继续看put下面的源码：

找到了要插入的位置 i，下面就是先看 table[i] 是不是空的，如果是空的则忽略 for 循环准备插入。如果不是空的，则遍历 table[i] 的 Entry ，如果待插入的 key 已经存在，新的 value 覆盖旧的 value，并且返回 value。如果在 for 当中没有 return，即说明 table 中可以插入这个 Entry，下一步准备插入。

  继续往下看：

这个modCount通过定义当中的注释可知是 HashMap 的修改次数。

接着进入addEntry(hash, key, value, i)方法：

if 里判断当前 table 里面拥有的 Entry 数量是否超过阈值，前面说过，这个阈值就是 table 容量乘以负载因子，比如下载阈值为 16 × 0.75 = 12。

  先不看 if，假设此时 table 里面的容量还没达到 阈值，则进行createEntry方法：

这里有一个细节：先把 table[i] 当前位置的 Entry 拿出来，然后放到 待插入的 Entry 的 next 中，然后这个新插入的 Entry 直接放到 table[i] 当中，最后 size++。也就是说，后面插入的 Entry ，会占在 table[i] 里，这就是所谓的头插法。区别于插在以后链表的后面，那个叫尾插法，也是最常见的插法。
插入前：

插入后：

现在我们回头看addEntry的 if 代码块：

如果 table 已有元素大于阈值，并且当前待插入的位置 table[i] 已有元素。则进行扩容。很多人误以为达到阈值就扩容，还有一个条件很容易让人忽略，就是待插入的位置必须不为空，如果待插入的位置是空的，哪怕已经到了阈值，也是直接插入不扩容。

  扩容的细节在下面详细分析，这一小节主要讲put方法的详细过程。

5、Get 方法

  Get 方法源码：

首先是判断 key 的情况，如果传入的 key 是一个 null，则从 table[0] 当中取值：

遍历 table[0] 的 Entry 链表，找到 key 为 null 的返回。

  这里你可能会好奇：为什么 key 为 null 就得跑到 table[0] 里面找呢？

  我们回顾一下，key 是如何获取 table 的 index 呢，肯定就是那个has()啦，我们回头看这个方法的源码：

看注释就知道，null 的哈希值永远为 0，因此放在 table[0] 的位置。

  继续看下一步：


可以看出设计者的厉害，知道了要查询的 key 在 table 的哪一个位置后，开始遍历这个位置的链表，光判断 key 是否相等，就用了这么多重判断：

首先得判断待查询的 key 和遍历到的 Entry 的 key 的哈希值是否一样，然后判断两个 key 是否一样，都一样才会返回这个 Entry。

通过源码知道：很多帖子说先通过 key 找到位置，然后从位置中找到匹配的 key 的 Entry，就返回这个 Entry，其实不准确。因为源码里是先匹配哈希值，哈希值一样才再匹配一次 key 值。

6、扩容

  回顾：在插入一个新的键值对时，我们在put方法中知道，它会：
1、计算 key 的哈希值，然后根据哈希值和 table 的长度计算出待插入的位置 i；

2、判断这个位置 i 是否有和待插入的 key 相同的值，如果有，则返回 table 中和待插入 key 相同的 Entry 的 value；

3、如果 table[i] 没有和待插入相同的 key ，则先对修改次数modCount加一，然后调用addEntry(hash, key, value, i)准备插入。

  确定真的可以插入，HashMap 也没有马上插入，它要先检查当前的 table 状况是否可以插入：

可以看出，当满足 if 条件时，会进行 resize 扩容。下面详细介绍这个扩容原理。

  第一步先明确的就是：扩容是直接容量变为两倍：

先把旧 table 的数据和长度临时保存起来：

接着判断旧的 table 容量是否已经处于可设置的上限：

如果旧的 table 的容量已经达到可设置的上限，那么阈值直接变为 int 类型的最大值，也就是以后触发阈值的机会变得很少。然后直接 return，即不扩容，要爆满就爆满吧。通过把阈值设置成特别大，也减少进入这个 resize 的机会。


如果旧 table 的容量尚未达到可设置的最大值，那么说明可以进行 resize，进行下一步，创建新的 EntryTable 数组：

然后把旧的 table 的元素放到 newTable 之中：

最后更新 table 为 newTable ，同时阈值也重新设置。

transfer即遍历旧的 table 的所有Entry ，然后重新计算哈希值，放到 newTable 中对应的位置：

7、并发下线程不安全

  我们上面分析了那么多源码，从来没看到任何同步机制在里面，当多个线程并发操作一个 HashMap 时，会引发线程不安全问题。

  那线程不安全会提现在哪里呢？

  首先，get方法肯定不会带来线程安全问题，问题就出在put方法中，上面仔细研究代码，如果两个线程要put的 key 是不同的，其实也没有线程不安全问题；如果要put的 key 是相同的，那更没有问题了，因为 HashMap 是保证 key 唯一的，后插入的数据直接覆盖前面插入的，不会出现两个一样 key 的数据。

  经过分析，线程不安全就出在 resize 当中。

  当两个线程操作一个 HashMap，且两个线程都判断出应该 resize 了，其中一个线程已经完成了 resize，并且把 table 更新为新的 newTable，但是另一个线程还处于transfer方法中，最后会导致循环引用的问题。

  下面通过例子来说明：
1、两个线程都要插入数据

2、插入后变成如下：

3、接着两个线程又准备插入数据，而且两个线程要插入的位置都是在 table[2] ，此时触发 resize 条件，两个线程都进入了 resize 操作：

4、线程 A 眼疾手快，已经完成了 resize 并且更新了 table 为最新，线程 B还刚开始 transfer：

5、线程 B 在 transfer 过程中，就出现了一下情况：

等线程 B 更新了 table 后，table 就变为以下情况：

后面要执行get的时候，就进入死循环了。

  这就是 JDK7 下的 HashMap 线程不安全的原理。