HashMap 底层实现原理

要了解HashMap的底层实现原理，我们首先要对HashMap的部分底层源码进行分析

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

我们可以看出HashMap继承了AbstractMap，实现了Map，Cloneable，Serializable接口。

 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

HashMap的默认初始容量（必须是2的幂），它的值是1左移4位，也就是16

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

HashMap的最大容量，如果任何一个带参数的构造函数指定了较大的值，就会使用它来比较，而且值必须是2的幂，并且小于1左移30位，2的30次方，也就是1073741824

 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

HashMap默认的加载因子，因为从上可知，HashMap的默认初始容量是16，当HashMap的实际容量达到16*0.75，就是12，HashMap会自动扩容。

  static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;

HashMap底层链表转换成红黑树的临界值，当链表的长度大于8时，会自动转化成红黑树。

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

HashMap底层红黑树转化成链表的临界值，当红黑树的长度小于6时，红黑树又会自动转换成链表。

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

HashMap转化成树结构的最小容量，因为HashMap底层时数组+链表+红黑树实现的，HashMap的容量大于64时，会自动转换成树结构，也就是数组的长度大于64时，也会转换成红黑树。

以下是HashMap的静态内部类

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {final int hash;//若放入的节点key的hash值(若key所在的类未进行重写hash()方法的重写，则为Object的hash()方法) 定义数组索引的位置final K key;//放入节点的keyV value;//放入节点的valueNode<K,V> next;//此节点的下一个节点Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {this.hash = hash;this.key = key;this.value = value;this.next = next;}public final K getKey()        { return key; }public final V getValue()      { return value; }public final String toString() { return key + "=" + value; }public final int hashCode() {return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);}public final V setValue(V newValue) {V oldValue = value;value = newValue;return oldValue;}public final boolean equals(Object o) {if (o == this)return true;if (o instanceof Map.Entry) {// 判断key和value是否都相等Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&Objects.equals(value, e.getValue()))// 如果key和value都相等，就返回truereturn true;}// 如果key或者value不相等，就返回falsereturn false;}}

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static final int hash(Object key) { // 计算key的hash值int h;// 1.先拿到key的hashCode值; 2.将hashCode的高16位参与运算return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

static Class<?> comparableClassFor(Object x) {// 1.判断x是否实现了Comparable接口if (x instanceof Comparable) {Class<?> c; Type[] ts, as; Type t; ParameterizedType p;// 2.校验x是否为String类型if ((c = x.getClass()) == String.class) // bypass checksreturn c;if ((ts = c.getGenericInterfaces()) != null) {// 3.遍历x实现的所有接口for (int i = 0; i < ts.length; ++i) {// 4.如果x实现了Comparable接口，则返回x的Classif (((t = ts[i]) instanceof ParameterizedType) &&((p = (ParameterizedType)t).getRawType() ==Comparable.class) &&(as = p.getActualTypeArguments()) != null &&as.length == 1 && as[0] == c) // type arg is creturn c;}}}return null;
}

    /*** HashMap的成员变量数组*/transient Node<K,V>[] table;/*** 存储的是entrySet，其实里面的每个元素就是HashMap的每个节点*/transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;/*** HashMap中已存元素的个数 size*/transient int size;/*** HashMap被修改的次数 put remove 操作的次数*/transient int modCount;//阈值 capacity*loadFactor 或者是将要初始化扩容的容量值int threshold;/*** 负载因子*/final float loadFactor;

简单看一下底层源码，我们可以做出以下总结：

HashMap的初始容量是16，默认加载因子是0.75，扩容按照原始容量的2倍扩容，可以存储null值和null键，因为没有加锁，当多个线程同时操作一个hashmap就可能出现不安全的情况，所以线程也是不安全的，底层是由数组+链表+红黑树实现。

当添加一个元素（key-value）时，就首先计算元素key的hash值，以此确定插入数组中的位置，但是可能存在同一hash值的元素，这时就添加到同一hash值的元素的后面，他们在数组的同一位置，但是形成了链表，同一各链表上的Hash值是相同的，所以说数组存放的是链表。而当链表长度大于8时，链表就转换为红黑树，以及当数组的长度大于64时，也会自动转换成红黑树，这样大大提高了查找的效率。

通过哈希表函数/哈希算法，将hash值转换成数组的下标，下标位置上如果没有任何元素，就把Node(节点)添加到这个位置上。如果说下标对应的位置上有链表。此时，就会拿着key和链表上每个节点的key进行equals。如果所有的equals方法返回都是false，那么这个新的节点将被添加到链表的末尾。如其中有一个equals的结果返回了true，那么这个节点的value将会被覆盖。

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