本文參考了知乎大佬清淺池塘和程序員小灰的文章，把兩位的精華搬運過來，主要是想鞏固一下自己的記憶，鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/28501879
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當我們面試大廠的時候，通常都會問到這個問題，最近也在準備面試所以就着重看了下，平時工作學習還是要多看些源碼，多思考的。
map有這麼幾中，TreeMap，HashMap，LinkedHashMap，HashTable（已被廢棄），ConcurrentHashMap， HashMap，HashTable，ConcurrentHashMap是基於hash表的實現，HashMap是非線程安全的，ConcurrentHashMap是線程安全的，會鎖Map的部分結構，HashTable也是線程安全的，但性能比ConcurrentHashMap查，HashTable會鎖整個map對象。
HashMap是一個用於存儲key-value鍵值對的集合，每一個鍵值對也叫做Entry，這些鍵值對（Entry）分散存儲在一個數組當中，整個數組就是HashMap的主幹，HashMap數組每個元素的初始值都是NUll
先來看一段代碼吧
public static void main(String[] args){
// 實例化一個HashMap,這裏說一下，HashMap默認初始長度是16，並且每次擴展或手動初始化時，長度必須是2的冪(原因下面解釋）
Map<String, Object> map = new HashMap();
// 向map中添加元素(put原理下面會講到)
map.put("張三key","張三value");
map.put("李四key","李四value");
map.put("王五key","王五value");
map.put("趙六key","趙六value");
System.out.println("map.size() : " + map.size());
// 通過get方法獲取map中“李四key”對應的value值
System.out.println("李四key: " + map.get("李四key"));
}
執行構造函數，當我們看到new時，應該就能想到在內存中開闢了一塊空間
Map<String, Object> map = new HashMap();
構造函數源碼如下：
初始化了一個負載因子，負載因子默認爲0.75，爲啥是0.75
看到這裏明白了，原來HashMap是數組，數組裏的對象是Node
下面我們看看Node是什麼，這裏是部分源碼
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key; //key，value用來存儲put時的key，value
V value;
Node<K,V> next; //next 用來標記下一個元素，這個跟鏈表很像
// Node的構造函數
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
}
接下來我們看看他的兩個成員變量，size是map的長度，modCount用來記錄修改次數
現在我們來總結一下一個HashMap對象總包含哪些東西，包含了一個Node類型的數組，一個記錄長度的size，一個負載因子default_load_factor，還有一個記錄修改次數的modCount
來看一下HashMap初始化的圖吧
HashMap初始化好後，成員變量table數組默認爲null，size默認爲0，負載因子默認爲0.75，往裏添加元素，使用的是put()方法，我們來看下源碼
public V put(K key, V value) {
// 調用了putVal方法，key，value是傳入的
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
// putVal方法的源碼
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// 放入第一個元素時，tab爲空，觸發resize方法
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)
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;
}
resize方法比較複雜，就不完全貼出來了，當放入第一個元素時，會觸發resize方法的以下關鍵代碼（當放入第一個元素時，如果底層數組還是null，系統會初始化一個長度爲16的Node數組）
// 將HashMap的長度設爲默認長度
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
// HashMap的默認長度，“<<” 位移運算法，1<<4相當於16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
// 將new出來的數組返回，雖然數組長度爲16，但是HashMap的邏輯長度仍然是0，這隻表示他的容量爲16
return newTab;
接着看圖
繼續看putVal的方法
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
這段代碼看着比較費勁，可以重寫下
i = (n - 1) & hash; // hash是傳過來的，n是底層數組的長度，用&運算符計算出i的值
p = tab[i]; //從數組中取元素
if(p == null){
// 如果這個元素爲null,用key，value構造一個Node對象放入數組下標爲i的位置
tab[i] = new Node(hash,key,value,null);
}
hash值是key的hashCode方法與HashMap提供的hash()方法共同計算出來的記過，其中n是數組的長度，目前這個數組的長度爲16，不管這個hash值是多少，經過(n-1) & hash計算出阿里的值一定在n-1之間，用這個i作爲下標，去取值，如果爲null，創建一個Node放到數組下標爲i的位置。
hash部分的源碼
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
繼續添加元素，李四，王五，趙六一切正常，key：“李四”經過（n-1）&hash算出來的數組下標爲1，王五爲7，趙六爲9，如圖：
繼續添加“孫七”，通過(n-1)&hash計算“孫七”這個key時，計算出來的下標值是1，而數組下標1這個位置已經被“李四”佔了，產生了衝突，下面我們看看HashMap是怎麼解決衝突的
上圖紅框裏就是衝突的處理邏輯，這一句是關鍵
p.next = newNode(hash, key, value, null);
也就是說new一個新的Node對象，並把當前Node的next引用指向該對象，也就是說原來該位置上只有一個元素對象，現在轉成了單鏈表，接着看圖
紅框中海油兩行比較重要的代碼
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
// 可以看下TREEIFY_THRESHOLD的值
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
當鏈表長度到8時，將鏈表轉化爲紅黑樹來處理，接着看圖
在jdk1.7及以前的版本中，HashMap中沒有紅黑樹的實現，在jdk1.8中加入了紅黑樹是爲了防止哈希表碰撞共計，當鏈表長度爲8時及時轉爲紅黑樹，提高map的效率。
這裏來說下爲啥HashMap數組的長度應該爲16或2的冪，而不是10或者其他值
i = (n - 1) & hash
當長度不是16或2的冪的時候，有的index結果出現的機率會更大，而有些index永遠不會出現，不符合hash算法均勻分佈的原則。
如果長度爲16或2的冪，length-1的值是所有二進制位全爲1，這種情況下，index的結果就等同於HashCode後幾位的值，只要輸入的hashCode本身分佈均勻，hash算法的結果就是均勻的。
詳細的解釋大家可以看程序員小灰的文章，奉上連接：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/31610616
讓我們來假設下面試場景
面試官：你能說說Java的常用數據結構-HashMap的底層實現原理麼？
答： HashMap是由key，value鍵值對 數組組成的，默認長度爲16，也可以自己設置，可以通過put方法來存放元素，get方法獲取元素
put方法，根據key 的hash值來計算該key,value在數組中的index，假設我們存儲key爲a的元素，hash(a)的值爲1，那麼就會把她存儲在index=1的位置，接着存儲key爲b的元素，我們假設hash(b)的值也爲1，index重複後，該位置會存儲鏈表，將b插入到單向鏈表的頭元素，並頭節點的next指針指向a，當鏈表長度達到8時，在jdk8中又會轉爲紅黑樹，來提高map存儲和讀取的效率；
get方法，根據key的hash值爲來計算index，從數組中獲取元素，如果該元素存儲的就是該key，value，那麼取出，如果是鏈表則查看頭元素是不是，如果不是就根據next向下尋找，鏈表沒找到的話，根據紅黑樹的規則來找（左節點一律小於父節點，右節點一律大於父節點，節點爲紅色，黑色，不能有連續的紅色，紅色節點的子節點都爲黑色，任一節點到其葉子節點的路徑上黑色節點的數量一樣）。
面試官：hashMap的默認長度爲什麼是16
答：HashMap的默認長度爲16，而且我們一般建議如果設置長度的話設爲2的冪次方，原因是len-1的所有二進制位全爲1，這種情況下hash(key) &(len-1) 的結果等同於HashCode的後幾位，只要輸入的hashCode均勻些，index就會均勻些，而其他值就有可能會出現有的index出現的機率大，有的幾乎不出現；
面試官：說下高併發下HashMap可能存在哪些問題吧？
答：哇，這個超綱了，等我看了程序員小灰的文章再來回答吧。。。
面試官：嗯？？？