HashMap基于hashing原理，我们通过put()和get()方法储存和获取对象。当我们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，让后找到bucket位置来储存值对象。当获取对象时，通过键对象的equals()方法找到正确的键值对，然后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞了，对象将会储存在链表的下一个节点中。 HashMap在每个链表节点中储存键值对对象。

1.HashMap介绍

HashMap为Map接口的一个实现类，实现了所有Map的操作。HashMap除了允许key和value保存null值和非线程安全外，其他实现几乎和HashTable一致。

HashMap使用散列存储的方式保存kay-value键值对，因此其不支持数据保存的顺序。如果想要使用有序容器可以使用LinkedHashMap。

在性能上当HashMap中保存的key的哈希算法能够均匀的分布在每个bucket中的是时候，HashMap在基本的get和set操作的的时间复杂度都是O(n)。

在遍历HashMap的时候，其遍历节点的个数为bucket的个数+HashMap中保存的节点个数。因此当遍历操作比较频繁的时候需要注意HashMap的初始化容量不应该太大。 这一点其实比较好理解：当保存的节点个数一致的时候，bucket越少，遍历次数越少。

另外HashMap在resize的时候会有很大的性能消耗，因此当需要在保存HashMap中保存大量数据的时候，传入适当的默认容量以避免resize可以很大的提高性能。 具体的resize操作请参考下面对此方法的分析

HashMap是非线程安全的类，当作为共享可变资源使用的时候会出现线程安全问题。需要使用线程安全容器：

Map m = new ConcurrentHashMap();或者

Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap());

2.数据结构介绍

HashMap使用数组+链表+树形结构的数据结构。

3.HashMap源码分析（基于JDK1.8）

3.1关键属性分析

transient Node<K,V>[] table; //Node类型的数组，记我们常说的bucket数组，其中每个元素为链表或者树形结构

transient int size;//HashMap中保存的数据个数

int threshold;//HashMap需要resize操作的阈值

final float loadFactor;//负载因子，用于计算threshold。计算公式为：threshold = loadFactor * capacity

其中还有一些默认值得属性，有默认容量2^4，默认负载因子0.75等.用于构造函数没有指定数值情况下的默认值。

3.2构造函数分析

HashMap提供了三个不同的构造函数，主要区别为是否传入初始化容量和负载因子。分别文以下三个。

//此构造函数创建一个空的HashMap，其中负载因子为默认值0.75

public HashMap() {

this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted

}

//传入默认的容量大小，创造一个指定容量大小和默认负载因子为0.75的HashMap

public HashMap(int initialCapacity) {

this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);

}

//创建一个指定容量和指定负载因为HashMap，以下代码删除了入参检查

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {

this.loadFactor = loadFactor;this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);

}

注意：此处的initialCapacity为数组table的大小，即bucket的个数。

其中在指定初始化容量的时候，会根据传入的参数来确定HashMap的容量大小。

初始化this.threshold的值为入参initialCapacity距离最近的一个2的n次方的值。取值方法如下：

case initialCapacity = 0:

 this.threshold = 1；       

case initialCapacity为非0且不为2的n次方:

this.threshold = 大于initialCapacity中第一个2的n次方的数。  

case initialCapacity = 2^n：

this.threshold = initialCapacity

具体的计算方法为tableSizeFor(int cap)函数。计算方法是将入参的最高位下面的所有位都设置为1，然后加1

下面以入参为134217729为例分析计算过程。

首先将int转换为二进制如下：

cap = 0000 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0001

另外此处赋值为this.threshold，是因为构造函数的时候并不会创建table，只有实际插入数据的时候才会创建。目的应该是为了节省内存空间吧。

在第一次插入数据的时候，会将table的capacity设置为threshold，同时将threshold更新为loadFactor * capacity

3.3关键函数源码分析

3.3.1 第一次插入数据的操作

HashMap在插入数据的时候传入key-value键值对。使用hash寻址确定保存数据的bucket。当第一次插入数据的时候会进行HashMap中容器的初始化。具体操作如下：

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Node<K,V>[] tab;

    int n, i;if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = resize()).length;

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其中resize函数的源码如下，主要操作为根据cap和loadFactory创建初始化table

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Node<K, V>[] oldTab = table;

int oldThr = threshold;  //oldThr 根据传入的初始化cap决定 2的n次方int newCap, newThr = 0;if (oldThr > 0) // 当构造函数中传入了capacity的时候newCap = oldThr;  //newCap = threshold  2的n次方，即构造函数的时候的初始化容量else {               // zero initial threshold signifies using defaultsnewCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);}float ft = (float)newCap * loadFactor;  // 2的n次方 * loadFactorynewThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?(int)ft : Integer.MAX_VALUE);threshold = newThr; //新的threshold== newCap * loadFactoryNode<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; //长度为2的n次方的数组table = newTab;

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在初始化table之后，将数据插入到指定位置，其中bucket的确定方法为：

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i = (n - 1) & hash // 此处n-1必定为 0000 1111 1111…的格式，取&操作之后的值一定在数组的容量范围内。

其中hash的取值方式为：

static final int hash(Object key) {

int h;return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);

}
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具体操作如下，创建Node并将node放到table的第i个元素中

if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)

tab[i] = new Node(hash, key, value, null);

3.3.2 非第一次插入数据的操作源码分析

当HashMap中已有数据的时候，再次插入数据，会多出来在链表或者树中寻址的操作，和当size到达阈值时候的resize操作。多出来的步骤如下：

另外，在resize操作中也和第一次插入数据的操作不同，当HashMap不为空的时候resize操作需要将之前的数据节点复制到新的table中。操作如下：

3.4Cloneable和Serializable分析

在HashMap的定义中实现了Cloneable接口，Cloneable是一个标识接口，主要用来标识 Object.clone()的合法性，在没有实现此接口的实例中调用 Object.clone()方法会抛出CloneNotSupportedException异常。可以看到HashMap中重写了clone方法。

HashMap实现Serializable接口主要用于支持序列化。同样的Serializable也是一个标识接口，本身没有定义任何方法和属性。另外HashMap自定义了

private void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) throws IOException

private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) throws IOException, ClassNotFoundException

两个方法实现了自定义序列化操作。

注意：支持序列化的类必须有无参构造函数。这点不难理解，反序列化的过程中需要通过反射创建对象。

4.HashMap的遍历

以下讨论两种遍历方式，测试代码如下：

方法一：

通过map.keySet()获取key的集合，然后通过遍历key的集合来遍历map

方法二：

通过map.entrySet()方法获取map中节点集合，然后遍历此集合遍历map

测试代码如下：

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public static void main(String[] args) throws Exception {

    Map<String, Object> map = new HashMap<>();map.put("name", "test");map.put("age", "25");map.put("address", "HZ");Set<String> keySet = map.keySet();for (String key : keySet) {System.out.println(map.get(key));}Set<Map.Entry<String, Object>> set = map.entrySet();for (Map.Entry<String, Object> entry : set) {System.out.println("key is : " + entry.getKey() + ".  value is " + entry.getValue());}}

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HashMap 1.7 与 1.8 的 区别，说明 1.8 做了哪些优化，如何优化的？
（一）Hashmap的结构，1.7和1.8有哪些区别

不同点：

（1）JDK1.7用的是头插法，而JDK1.8及之后使用的都是尾插法，那么他们为什么要这样做呢？因为JDK1.7是用单链表进行的纵向延伸，当采用头插法时会容易出现逆序且环形链表死循环问题。但是在JDK1.8之后是因为加入了红黑树使用尾插法，能够避免出现逆序且链表死循环的问题。

（2）扩容后数据存储位置的计算方式也不一样：

1. 在JDK1.7的时候是直接用hash值和需要扩容的二进制数进行&（这里就是为什么扩容的时候为啥一定必须是2的多少次幂的原因所在，因为如果只有2的n次幂的情况时最后一位二进制数才一定是1，这样能最大程度减少hash碰撞）（hash值 & length-1）

2、而在JDK1.8的时候直接用了JDK1.7的时候计算的规律，也就是扩容前的原始位置+扩容的大小值=JDK1.8的计算方式，而不再是JDK1.7的那种异或的方法。但是这种方式就相当于只需要判断Hash值的新增参与运算的位是0还是1就直接迅速计算出了扩容后的储存方式。

（3）JDK1.7的时候使用的是数组+ 单链表的数据结构。但是在JDK1.8及之后时，使用的是数组+链表+红黑树的数据结构（当链表的深度达到8的时候，也就是默认阈值，就会自动扩容把链表转成红黑树的数据结构来把时间复杂度从O（n）变成O（logN）提高了效率）