HashMap底层原理

哈希表：在哈希表中进行添加，删除，查找等操作，性能十分之高，不考虑哈希冲突的情况下，仅需一次定位即可完成，时间复杂度为O(1).

数据结构的物理存储结构只有两种：顺序存储结构和链式存储结构（像栈，队列，树，图等是从逻辑结构去抽象的，映射到内存中，也这两种物理组织形式），而在上面我们提到过，在数组中根据下标查找某个元素，一次定位就可以达到，哈希表利用了这种特性，哈希表的主干就是数组。

HashMap底层是由数组和链表两种数据结构组合而成的，采用这种数据结果既能方便地读取数据，又可以方便地进行增加和删除的操作。

如果要新增或查找某个元素，我们通过把当前元素的关键字 通过哈希函数映射到数组中的某个位置，通过数组下标一次定位就可完成操作。

存储位置 = f(关键字)

Key.hashcode,该方法会返回一个32位的int类型的值，以int h = key.hashCode()为例。获取到h的值之后，会计算该key对应的哈希表中的数组的位置，计算方法就是取模运算，h%table.length。因为table的长度为2的整数次幂，所以可以用h与table.length-1直接进行位与运算。

index = h &（table.length-1）。得到的index就是放置新数据的位置。

哈希冲突：

如果两个不同的元素，通过哈希函数得出的实际存储地址相同，也就是说，当对某个元素进行哈希运算，得到一个存储地址，然后要进行插入的时候，发现已经被其他元素占用了，出现哈希冲突。哈希函数的设计至关重要，好的哈希数会尽可能地保证 计算简单和散列地址分布均匀。

数组是一块连续的固定长度的内存空间，再好的哈希函数也不能保证得到的存储地址绝对不发生冲突。那么哈希冲突的解决方案有多种:开放定址法（发生冲突，继续寻找下一块未被占用的存储地址），再散列函数法，链地址法，而HashMap即是采用了链地址法，也就是数组+链表的方式。

实现原理

HashMap的主干是一个Entry数组。Entry是HashMap的基本组成单元，每一个Entry包含一个key-value键值对。

HashMap由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的，如果定位到的数组位置不含链表（当前entry的next指向null）,那么对于查找，添加等操作很快，仅需一次寻址即可；如果定位到的数组包含链表，对于添加操作，其时间复杂度依然为O(1)，因为最新的Entry会插入链表头部，仅需简单改变引用链即可，而对于查找操作来讲，此时就需要遍历链表，然后通过key对象的equals方法逐一比对查找。所以，性能考虑，HashMap中的链表出现越少，性能才会越好。

扩容机制

HashMap内存储数据的Entry数组默认是16，如果没有对Entry扩容机制的话，当存储的数据一多，Entry内部的链表会很长，这就失去了HashMap的存储意义了。所以HasnMap内部有自己的扩容机制。HashMap内部有：

变量size，它记录HashMap的底层数组中已用槽的数量；

变量threshold，它是HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量*加载因子）

变量DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f，默认加载因子为0.75

HashMap扩容的条件是：当size大于threshold时，对HashMap进行扩容。

扩容是是新建了一个HashMap的底层数组，而后调用transfer方法，将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中（要重新计算元素在新的数组中的索引位置）。 很明显，扩容是一个相当耗时的操作，因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此，我们在用HashMap的时，最好能提前预估下HashMap中元素的个数，这样有助于提高HashMap的性能。

HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数：初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数，其中容量表示哈希表中槽的数量（即哈希数组的长度），初始容量是创建哈希表时的容量（从构造函数中可以看出，如果不指明，则默认为16），加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度，当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行 resize 操作（即扩容）。

加载因子，如果加载因子越大，对空间的利用更充分，但是查找效率会降低（链表长度会越来越长）；如果加载因子太小，那么表中的数据将过于稀疏（很多空间还没用，就开始扩容了），对空间造成严重浪费。

系统默认加载因子为0.75，这是一个比较理想的值，一般情况下我们是无需修改的。

构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数，且最大值不能超过2的30次方。

HashTable

与hashmap的区别：

· HashMap是非同步的，没有对读写等操作进行锁保护，所以是线程不安全的，在多线程场景下会出现数据不一致的问题。而HashTable是同步的，所有的读写等操作都进行了锁（synchronized）保护，在多线程环境下没有安全问题。但是锁保护也是有代价的，会对读写的效率产生较大影响。

· HashMap结构中，是允许保存null的，Entry.key和Entry.value均可以为null。但是HashTable中是不允许保存null的。

· HashMap的迭代器（Iterator）是fail-fast迭代器，但是Hashtable的迭代器（enumerator）不是fail-fast的。如果有其它线程对HashMap进行的添加/删除元素，将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove方法移除元素则不会抛出异常。这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。