一、HashMap的結構：數組+鏈表
1、那麼數組在哪裏？有多大？
我們來到HashMap的源碼，可以發現它裏面有個數組 transient Node<K,V>[] table;
數組的初始大小爲16，static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
數組最大爲2^30，static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
2、數組已經明確了，那麼鏈表呢？它的每個節點應該是怎麼樣的？
我們先自己想一想，應該有個key，有個value，有個next。再來看看源碼中的實現，通過上面的數組，我們可以知道數組裏面的每一個元素都是Node<K,V>,我們點進去，看看它的實現。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
//...
}
key，value，next都有了，很符合我們的預期。那麼這個hash是用來幹嘛的？是用來定位的，我要插入一個Node的話，它應該在數組的哪一個位置。
二、HashMap的插入
我們先想一想，把一個節點插入HashMap中，需要考慮些什麼呢？
1）既然是數組+鏈表的結構，那麼我插入的時候，數組有沒有初始化呢？
2）定位。我這個節點應該放在數組的哪個位置上？如果這個位置上已經有元素了，那麼跟在後面形成鏈表？
3）鏈表太長了，插入和查找的效率都很低，怎麼辦？
1、我們找到它的插入方法，put
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
我們先忽略hash(key)方法，先看putVal()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);
...
}
我們看到n = (tab = resize()).length這一行，繼續探索resize()方法。此方法中有很多if-else，此次我們只看數組初始化時，即table == null時。因此resize()方法可以精簡如下：
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; //初始容量
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); //數組使用了多少，纔開始擴容
threshold = newThr;//threshold是實例變量，用來記錄擴容閾值
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; //初始化數組
table = newTab;
return newTab;
}
可以看到，正是在resize()方法裏面，初始化了數組。解決了我們第一個問題，數組什麼時候初始化。
2、resize()看了，我們再回到put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
再來看看hash(key)這個方法
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
我們來解釋一下 (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 這句話
key.hashCode() 調用的是Object的hash算法，返回一個32位的數字。此時h有32位
h >>> 16，h向右移動16位
(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16) 將它們進行異或操作。作用是充分讓h的每一位都參與進來，讓Node節點儘可能地定位在數組的不同位置上
這句話的作用還是不理解？沒關係，我們下面講如何定位，還會提到(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)的作用
3、我們回到putVal()方法的定位操作上
如果讓我們自己想的話，我們可以會用 hash % (n-1) 來定位，而 %操作，並沒有&操作來得高效。那讓我們來解釋一下，這個&操作吧
此時hash值，是我們上面看到的(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)，是個32位的數
n - 1 是15 （由於我們是第一次初始化，所以取的是初始默認容量，n=16）
可以看到hash的值只有最後的幾位參與了運算，那多個不同的hash，只要最後幾位相同，他們的位置不就重複了嗎？數組的空間就不能充分利用了。
這也就是，爲什麼我們之前進行(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)操作的原因了，讓它的每一位都參與進來，讓他們儘可能地定位在數組的不同位置上。
爲了維持n-1的值，是1111， 11111， 111111這種形式，HashMap的容量規定是2的倍數
4、 如何定位我們已經知曉了，那這個位置上已經存在元素的話，hashMap將會做什麼操作呢？
當數組的這個位置上已經存在元素的時候，它會在後面形成鏈表。當鏈表太長的時候，它會轉化成紅黑樹。
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; 這就是轉化成紅黑樹的閾值，當鏈表的節點數量達到8的時候，進行轉化
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6; 當紅黑樹的節點數量達到6的時候，又轉回鏈表
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
Node<K,V> e; K k;
//1、數組上，如果hash值相等，key也相等，把這個位置的舊元素記下來，方便下面的新值取代舊值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
// 2、如果是紅黑樹結構，那麼作爲樹的節點，進行插入
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// 3、如果是鏈表結構，那麼跟在鏈表的末尾
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1)
// 如果超過樹化閾值，那麼將鏈表轉成樹
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
//鏈表上，如果hash值相等，key也相等，把這個位置的舊元素記下來，方便下面的新值取代舊值
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // 是否hash相等，key相等
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
//是否允許新值，取代舊值
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
++modCount;
if (++size > threshold)//是否超過了閾值，超過則需要擴容（數組大小翻倍）
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
5、我們已經知曉，當hash碰撞的時候，hashMap會形成鏈表或紅黑樹。那我們再來看看resize()方法，這次我們關注它的擴容操作，具體操作如下：
0）容量變爲原來的兩倍
1）新數組的創建
2）遍歷原來的數組，將存在的元素，移到新的數組
2.1）如果是單個元素的話，那麼hash值 & 新容量-1，定位到新數組的位置上
2.2）如果是紅黑樹的話，那麼打散節點
2.3）如果是鏈表的話，根據hash值的不同，把鏈表拆成兩個鏈表
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) {
//如果達到了最大的容量，那麼不能再擴容
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
//數組新容量，爲原來的兩倍
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
//1、新容量數組，創建
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
//2、遍歷原來的數組，將存在的元素移位到新數組
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
//如果數組的這個位置上有元素，那麼進行移位操作
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
//3、如果只有單個元素，不是鏈表和紅黑樹，那麼定位（hash值 & 新容量-1）
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
//4、如果是紅黑樹的話，那麼打散節點
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { //5、是鏈表的話，根據hash值的不同，把鏈表拆成兩個鏈表
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) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
6、待續
1）紅黑樹的結構
2）鏈表如何轉紅黑樹
3）紅黑樹如何轉鏈表
4）擴容的時候，紅黑樹如何打散