一、爲什麼要用HashMap
1.順序表（數組、ArrayList）：一片物理上連續的大小確定的存儲空間，可以快速定位，查找方便，做刪除和新增慢（增加和刪除要大量移動元素）
2.鏈表：空間上不連續，邏輯上連續，刪除和新增快，查找慢（查找要輪詢）
所以HashMap就應運而生，取上面2個數據結構的優勢
二、什麼是HashMap
HashMap是Map的一個實現類，根據鍵的hashCode值存儲數據，即存的是key、value的鍵值對，可以快速定位。只允許一個key爲空，允許多個value爲空。是線程不安全的，在多線程情況下，可能出現死循環（jdk1.8已經解決這個問題）。如果需要滿足線程安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有線程安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap
三、主要方法源碼分析
數據結構：數組+鏈表（jdk1.7） 數組+鏈表+紅黑樹（jdk1.8）
1.HashMap初始化
HashMap有4個構造方法去初始化
1.1 HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
/**
*構造一個初始容量爲initialCapacity，負載因子爲loadFactor的HashMap
*MAXIMUM_CAPACITY最大容量MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30
*/
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)//初始容量小於0，拋出異常
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)//初始容量大於最大值，默認最大值
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
this.loadFactor = loadFactor;
this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);//獲取初始量容量大且最接近的2的冪次方，比如initialCapacity=3，返回4
}
我們可以看看tableSizeFor方法
1.2 HashMap(int initialCapacity)
/**
* 調用1.1
*/
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
1.3HashMap()
無參構造
/**
* 構造一個初始容量爲16（數組長度），負載因子爲0.75（擴容有關
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
**1.4 HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)**
/**
* Constructs a new <tt>HashMap</tt> with the same mappings as the
* specified <tt>Map</tt>. The <tt>HashMap</tt> is created with
* default load factor (0.75) and an initial capacity sufficient to
* hold the mappings in the specified <tt>Map</tt>.
*
* @param m the map whose mappings are to be placed in this map
* @throws NullPointerException if the specified map is null
*/
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
我們看putMapEntries方法
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();//獲取原來map大小
if (s > 0) {//如果原來map有值
if (table == null) { // 如果當前hashMap的table爲空
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;//計算需要最小容量
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);//如果最小容量大於最大容量，則取最大容量，否則取算出的容量
if (t > threshold)//如果最小容量大於當前hashMap的閾值
threshold = tableSizeFor(t);//獲取大於且最接近與最小容量的2的冪次方
}
else if (s > threshold)//如果當前hashMap已經有了數據，判斷原來map大小是否大於當前閾值
resize();//如果大於擴容
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {//把原map值遍歷到現在map裏面
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}
初始化過程，1.7和1.8比較分析
（1）1.7的下面3個構造，都調用了第一個構造方法，在初始化時間定義了table長度，1.8則把初始化放到了put方法裏；
（2）threshold含義不同，1.7代表的是真正的的閾值 threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
1.8代表的是和1.7裏面capacity含義一樣，代表大於initialCapacity長度的最小的是2的冪次方（實現方式不同，1.7是whlie循環，每次左移一位，1.8的tableSizeFor上面已經說過）。剛看的時間1.8給人一個錯覺，以爲有bug，因爲threshold代表擴容閾值，一般是table長度的0.75。後面發現在put時，會重新計算threshold
2.put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
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;
//步驟1：判斷當前hashMap是否已經創建過table,如果沒有，調resize方法
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
//步驟2：i = (n - 1) & hash獲取元素在table位置，如果當前位置沒有元素，直接插入
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
//如果hashMap已經創建了table,且當前位置已經有元素了，就發生了碰撞
else {
Node<K,V> e; K k;
//步驟3：hash 值相等時，判斷key是否相等，相等的話覆蓋原來值
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
//步驟4：如果key不相等，判斷鏈是否爲紅黑樹
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
//步驟5：如果不是紅黑樹，就是鏈表
else {
//步驟5.1：死循環遍歷當前位置鏈表,死循環退出有2中情況：（1）遍歷到最後一個元素，插入到尾部（2）遍歷過程中key相同直 接覆蓋
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
//元素數量大於8，轉爲紅黑樹
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
//遍歷過程中key相同直接覆蓋
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
//步驟5.2：如果e不爲空就替換舊的oldValue值
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
//步驟6：超過閾值就擴容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
看resize方法
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;//保存擴容前的table
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;//保存原table長度
int oldThr = threshold;//保存原table閾值
int newCap, newThr = 0;//初始化新table長度和閾值
//1.oldCap >0表示真正的因爲閾值超過要擴容，左移一位變爲原來2倍
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
//2.oldCap<=0且oldThr > 0表示經過有參構造初始化的hashMap
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
//3.oldCap<=0且oldThr <=0表示經過無參構造初始化hashMap，重新定義初始化長度和閾值
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;//重新閾值
//初始化新table
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
//把原來table裏的節點重新reHash到新table
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)//如果是單節點，直接定位
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)//紅黑樹重新定位
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
else { // preserve order//鏈表定位
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) {//這裏判斷出，hash最高是不是爲0，因爲oldCap是2的n次冪，最高位一定是1，其他位是0，所以與hash做與操作後可以判定
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {//這裏判斷出，hash最高是不是爲1因ldCap是2的n次冪，最高位一定是1，其他位是0，所以與hash做與操作後可以判定
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {//是0的話，在新table位置不變
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {//是1的話位置變爲加上原table長度
hiTail.next = null;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
**解釋0不變1變爲加原來table長度：**我們上面說過，計算table位置是 hash值和tabel長度-1做與運算，tabel長度-1一定是多個1組成，我們擴容後，一定是比原來多了一位1，其他都相同。這樣，我們判斷hash最高位如果是0那麼 0&1就是0，說明和原來值一樣，位置不變；如果是1 那麼1&1=1，剛好比原來多了個tabel