HashMap的底層實現以及解決hash值衝突的方式

class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>

HashMap put()
HashMap get()
1.put()

HashMap put()方法源碼如下：

public V put(K key, V value) {  
        if (key == null)  
            return putForNullKey(value);  
        int hash = hash(key.hashCode());  
        int i = indexFor(hash, table.length);  
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
            Object k;  
            //判斷當前確定的索引位置是否存在相同hashcode和相同key的元素，如果存在相同的hashcode和相同的key的元素，那麼新值覆蓋原來的舊值，並返回舊值。  
            //如果存在相同的hashcode，那麼他們確定的索引位置就相同，這時判斷他們的key是否相同，如果不相同，這時就是產生了hash衝突。  
            //Hash衝突後，那麼HashMap的單個bucket裏存儲的不是一個 Entry，而是一個 Entry 鏈。  
            //系統只能必須按順序遍歷每個 Entry，直到找到想搜索的 Entry 爲止——如果恰好要搜索的 Entry 位於該 Entry 鏈的最末端（該 Entry 是最早放入該 bucket 中），  
            //那系統必須循環到最後才能找到該元素。  
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
                V oldValue = e.value;  
                e.value = value;  
                return oldValue;  
            }  
        }  
        modCount++;  
        addEntry(hash, key, value, i);  
        return null;  
    } 

hash值衝突是發生在put()時，從源碼可以看出，hash值是通過hash(key.hashCode())來獲取的，當put的元素越來越多時，難免或出現不同的key產生相同的hash值問題，也即是hash衝突，當拿到一個hash值，通過indexFor(hash, table.length)獲取數組下標，先查詢是否存在該hash值，若不存在，則直接以Entry<V,V>的方式存放在數組中，若存在，則再對比key是否相同,若hash值和key都相同，則替換value，若hash值相同，key不相同，則形成一個單鏈表，將hash值相同，key不同的元素以Entry<V,V>的方式存放在鏈表中，這樣就解決了hash衝突，這種方法叫做分離鏈表法，與之類似的方法還有一種叫做 開放定址法，開放定址法師採用線性探測（從相同hash值開始，繼續尋找下一個可用的槽位）hashMap是數組，長度雖然可以擴大，但用線性探測法去查詢槽位查不到時怎麼辦？因此hashMap採用了分離鏈表法。

2.get()

public V get(Object key) {   
       if (key == null)   
           return getForNullKey();   
       int hash = hash(key.hashCode());   
       for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];   
           e != null;   
           e = e.next) {   
           Object k;   
           if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))   
                return e.value;   
        }   
        return null;   
    } 

有了上面存儲時的hash算法作爲基礎，理解起來這段代碼就很容易了。從上面的源代碼中可以看出：從HashMap中get元素時，首先計算key的hashCode，找到數組中對應位置的某一元素，然後通過key的equals方法在對應位置的鏈表中找到需要的元素。

當hashMap沒出現hash衝突時，沒有形成單向鏈表，get方法能夠直接定位到元素，但是，出現衝突後，形成了單向鏈表，bucket裏存放的不再是一個entry對象，而是一個entry對象鏈，系統只能順序的遍歷每個entry直到找到想要搜索的entry爲止，這時，問題就來了，如果恰好要搜索的entry位於該entry鏈的最末端，那循環必須要進行到最後一步才能找到元素，此時涉及到一個負載因子的概念，hashMap默認的負載因子爲0.75，這是考慮到存儲空間和查詢時間上成本的一個折中值，增大負載因子，可以減少hash表（就是那個entry數組）所佔用的內空間，但會增加查詢數據的時間開銷，而查詢是最頻繁的操作（put()和get()都用到查詢）；減小負載因子，會提高查詢時間，但會增加hash表所佔的內存空間。

結合負載因子的定義公式可知，threshold就是在此loadFactor和capacity對應下允許的最大元素數目，超過這個數目就重新resize，以降低實際的負載因子。默認的的負載因子0.75是對空間和時間效率的一個平衡選擇。當容量超出此最大容量時， resize後的HashMap容量是容量的兩倍：

3.hashMap數組擴容

當HashMap中的元素越來越多的時候，hash衝突的機率也就越來越高，因爲數組的長度是固定的。所以爲了提高查詢的效率，就要對HashMap的數組進行擴容，數組擴容這個操作也會出現在ArrayList中，這是一個常用的操作，而在HashMap數組擴容之後，最消耗性能的點就出現了：原數組中的數據必須重新計算其在新數組中的位置，並放進去，這就是resize。

那麼HashMap什麼時候進行擴容呢？當HashMap中的元素個數超過數組大小loadFactor時，就會進行數組擴容，loadFactor的默認值爲0.75，這是一個折中的取值。也就是說，默認情況下，數組大小爲16，那麼當HashMap中元素個數超過160.75=12的時候，就把數組的大小擴展爲 2*16=32，即擴大一倍，然後重新計算每個元素在數組中的位置，擴容是需要進行數組複製的，複製數組是非常消耗性能的操作，所以如果我們已經預知HashMap中元素的個數，那麼預設元素的個數能夠有效的提高HashMap的性能。

有關負載因子的概念 參考：https://www.cnblogs.com/yesiamhere/p/6653135.html