HashMap也是我們使用非常多的Collection，它是基于哈希表的 Map 接口的實現，以key-value的形式存在。在HashMap中，key-value總是會當做一個整體來處理，系統會根據hash算法來來計算key-value的存儲位置，我們總是可以通過key快速地存、取value。下面就來分析HashMap的存取。

一、定義

HashMap實現了Map接口，繼承AbstractMap。其中Map接口定義了鍵映射到值的規則，而AbstractMap類提供 Map 接口的骨干實現，以最大限度地減少實現此接口所需的工作，其實AbstractMap類已經實現了Map，這里標注Map LZ覺得應該是更加清晰吧！

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

二、構造函數

HashMap提供了三個構造函數：

HashMap()：構造一個具有默認初始容量 (16) 和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity)：構造一個帶指定初始容量和默認加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：構造一個帶指定初始容量和加載因子的空 HashMap。

在這里提到了兩個參數：初始容量，加載因子。這兩個參數是影響HashMap性能的重要參數，其中容量表示哈希表中桶的數量，初始容量是創建哈希表時的容量，加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度，它衡量的是一個散列表的空間的使用程度，負載因子越大表示散列表的裝填程度越高，反之愈小。對于使用鏈表法的散列表來說，查找一個元素的平均時間是O(1+a)，因此如果負載因子越大，對空間的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果負載因子太小，那么散列表的數據將過于稀疏，對空間造成嚴重浪費。系統默認負載因子為0.75，一般情況下我們是無需修改的。

HashMap是一種支持快速存取的數據結構，要了解它的性能必須要了解它的數據結構。

三、數據結構

我們知道在Java中最常用的兩種結構是數組和模擬指針(引用)，幾乎所有的數據結構都可以利用這兩種來組合實現，HashMap也是如此。實際上HashMap是一個“鏈表散列”，如下是它數據結構：

從上圖我們可以看出HashMap底層實現還是數組，只是數組的每一項都是一條鏈。其中參數initialCapacity就代表了該數組的長度。下面為HashMap構造函數的源碼：

  public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {    //初始容量不能<0    if (initialCapacity < 0)      throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: "          + initialCapacity);    //初始容量不能 > 最大容量值，HashMap的最大容量值為2^30    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)      initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;    //負載因子不能 < 0    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))      throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: "          + loadFactor);    // 計算出大于 initialCapacity 的最小的 2 的 n 次方值。    int capacity = 1;    while (capacity < initialCapacity)      capacity <<= 1;        this.loadFactor = loadFactor;    //設置HashMap的容量極限，當HashMap的容量達到該極限時就會進行擴容操作    threshold = (int) (capacity * loadFactor);    //初始化table數組    table = new Entry[capacity];    init();  }

從源碼中可以看出，每次新建一個HashMap時，都會初始化一個table數組。table數組的元素為Entry節點。

 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {    final K key;    V value;    Entry<K,V> next;    final int hash;    /**     * Creates new entry.     */    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {      value = v;      next = n;      key = k;      hash = h;    }    .......  }

其中Entry為HashMap的內部類，它包含了鍵key、值value、下一個節點next，以及hash值，這是非常重要的，正是由于Entry才構成了table數組的項為鏈表。

上面簡單分析了HashMap的數據結構，下面將探討HashMap是如何實現快速存取的。

四、存儲實現：put(key,vlaue)

首先我們先看源碼

public V put(K key, V value) {    //當key為null，調用putForNullKey方法，保存null與table第一個位置中，這是HashMap允許為null的原因    if (key == null)      return putForNullKey(value);    //計算key的hash值    int hash = hash(key.hashCode());         ------(1)    //計算key hash 值在 table 數組中的位置    int i = indexFor(hash, table.length);       ------(2)    //從i出開始迭代 e,找到 key 保存的位置    for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {      Object k;      //判斷該條鏈上是否有hash值相同的(key相同)      //若存在相同，則直接覆蓋value，返回舊value      if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {        V oldValue = e.value;  //舊值 = 新值        e.value = value;        e.recordAccess(this);        return oldValue;   //返回舊值      }    }    //修改次數增加1    modCount++;    //將key、value添加至i位置處    addEntry(hash, key, value, i);    return null;  }

通過源碼我們可以清晰看到HashMap保存數據的過程為：首先判斷key是否為null，若為null，則直接調用putForNullKey方法。若不為空則先計算key的hash值，然后根據hash值搜索在table數組中的索引位置，如果table數組在該位置處有元素，則通過比較是否存在相同的key，若存在則覆蓋原來key的value，否則將該元素保存在鏈頭（最先保存的元素放在鏈尾）。若table在該處沒有元素，則直接保存。這個過程看似比較簡單，其實深有內幕。有如下幾點：

1、 先看迭代處。此處迭代原因就是為了防止存在相同的key值，若發現兩個hash值（key）相同時，HashMap的處理方式是用新value替換舊value，這里并沒有處理key，這就解釋了HashMap中沒有兩個相同的key。

 2、 在看（1）、（2）處。這里是HashMap的精華所在。首先是hash方法，該方法為一個純粹的數學計算，就是計算h的hash值。

static int hash(int h) {    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);  }

 我們知道對于HashMap的table而言，數據分布需要均勻（最好每項都只有一個元素，這樣就可以直接找到），不能太緊也不能太松，太緊會導致查詢速度慢，太松則浪費空間。計算hash值后，怎么才能保證table元素分布均與呢？我們會想到取模，但是由于取模的消耗較大，HashMap是這樣處理的：調用indexFor方法。

static int indexFor(int h, int length) {    return h & (length-1);  }

HashMap的底層數組長度總是2的n次方，在構造函數中存在：capacity <<= 1;這樣做總是能夠保證HashMap的底層數組長度為2的n次方。當length為2的n次方時，h&(length - 1)就相當于對length取模，而且速度比直接取?？斓枚啵@是HashMap在速度上的一個優化。至于為什么是2的n次方下面解釋。

 我們回到indexFor方法，該方法僅有一條語句：h&(length - 1)，這句話除了上面的取模運算外還有一個非常重要的責任：均勻分布table數據和充分利用空間。

這里我們假設length為16(2^n)和15，h為5、6、7。

當n=15時，6和7的結果一樣，這樣表示他們在table存儲的位置是相同的，也就是產生了碰撞，6、7就會在一個位置形成鏈表，這樣就會導致查詢速度降低。誠然這里只分析三個數字不是很多，那么我們就看0-15。
  從上面的圖表中我們看到總共發生了8此碰撞，同時發現浪費的空間非常大，有1、3、5、7、9、11、13、15處沒有記錄，也就是沒有存放數據。這是因為他們在與14進行&運算時，得到的結果最后一位永遠都是0，即0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置處是不可能存儲數據的，空間減少，進一步增加碰撞幾率，這樣就會導致查詢速度慢。而當length = 16時，length