HashMap底层实现采用了哈希表，这是一种非常重要的数据结构。对于我们以后理解很多技术都非常有帮助(比如：redis数据库的核心技术和HashMap一样)。

数据结构中由数组和链表来实现对数据的存储，他们各有特点。

1. 数组：占用空间连续。寻址容易，查询速度快。但是，增加和删除效率非常低。

2. 链表：占用空间不连续。寻址困难，查询速度慢。但是，增加和删除效率非常高。

那么，我们能不能结合数组和链表的优点(即查询快，增删效率也高)呢? 答案就是“哈希表”。哈希表的本质就是“数组+链表”。

Hashmap基本结构讲解

哈希表的基本结构就是“数组+链表”。我们打开HashMap源码，发现有如下核心内容：

/** * The table, initialized on first use, and resized as * necessary. When allocated, length is always a power of two. * (We also tolerate length zero in some operations to allow * bootstrapping mechanics that are currently not needed.) */transient Node<K,V>[] table;

其中的Node[] table 就是HashMap的核心数组结构，我们也称之为“位桶数组”。我们再继续看Node是什么，源码如下：

static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {        final int hash;        final K key;        V value;        Node<K,V> next;​​        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {            this.hash = hash;            this.key = key;            this.value = value;            this.next = next;        }        //以下代码省略}

一个Node对象存储了：

1. key：键对象 \quadvalue：值对象

2. next:下一个节点

3. hash: 键对象的hash值

显然每一个Node对象就是一个单向链表结构，我们使用图形表示一个Entry对象的典型示意：

然后，我们画出Entry[]数组的结构(这也是HashMap的结构)：

存储数据过程put(key,value)

明白了HashMap的基本结构后，我们继续深入学习HashMap如何存储数据。此处的核心是如何产生hash值，该值用来对应数组的存储位置。

我们的目的是将”key-value两个对象”成对存放到HashMap的Node[]数组中。参见以下步骤：

1. 获得key对象的hashcode

首先调用key对象的hashcode()方法，获得hashcode。

2. 根据hashcode计算出hash值(要求在[0, 数组长度-1]区间)

hashcode是一个整数，我们需要将它转化成[0, 数组长度-1]的范围。我们要求转化后的hash值尽量均匀地分布在[0,数组长度-1]这个区间，减少“hash冲突”。

i. 一种极端简单和低下的算法是：

hash值 = hashcode%数组长度

这种算法可以让hash值均匀的分布在[0,数组长度-1]的区间。早期的HashTable就是采用这种算法。但是，这种算法由于使用了“除法”，效率低下。JDK后来改进了算法。首先约定数组长度必须为2的整数幂，这样采用位运算即可实现取余的效果：hash值 = hashcode&(数组长度-1)。

iii. 如下为我们自己测试简单的hash算法：

public class Test {    public static void main(String[] args) {        int h = 25860399;        int length = 16;//length为2的整数次幂,则h&(length-1)相当于对length取模        myHash(h, length);    }    /**     * @param h  任意整数     * @param length 长度必须为2的整数幂     * @return     */    public static  int myHash(int h,int length){        System.out.println(h&(length-1));        //length为2的整数幂情况下，和取余的值一样        System.out.println(h%length);//取余数        return h&(length-1);    }}

运行如上程序，我们就能发现直接取余(h%length)和位运算(h&(length-1))结果是一致的。hash源码如下：

static final int hash(Object key) {        int h;        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);}

3. 生成Node对象

如上所述，一个Node对象包含4部分：key对象、value对象、hash值、指向下一个Node对象的引用。我们现在算出了hash值。下一个Node对象的引用为null。

4. 将Node对象放到table数组中

如果本Node对象对应的数组索引位置还没有放Node对象，则直接将Node对象存储进数组;如果对应索引位置已经有Node对象，则将已有Node对象的next指向本Node对象，形成链表。

总结如上过程

当添加一个元素(key-value)时，首先计算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值的元素已经被放在数组同一位置了，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，就形成了链表，同一个链表上的Hash值是相同的，所以说数组存放的是链表。JDK8中，当链表长度大于8时，链表就转换为红黑树，这样又大大提高了查找的效率。

取数据过程get(key)

我们需要通过key对象获得“键值对”对象，进而返回value对象。明白了存储数据过程，取数据就比较简单了，参见以下步骤：

1. 获得key的hashcode，通过hash()散列算法得到hash值，进而定位到数组的位置。

2. 在链表上挨个比较key对象。调用equals()方法，将key对象和链表上所有节点的key对象进行比较，直到碰到返回true的节点对象为止。

3. 返回equals()为true的节点对象的value对象。

明白了存取数据的过程，我们再来看一下hashcode()和equals方法的关系：

Java中规定，两个内容相同(equals()为true)的对象必须具有相等的hashCode。因为如果equals()为true而两个对象的hashcode不同;那在整个存储过程中就发生了悖论。

扩容问题

HashMap的位桶数组，初始大小为16。实际使用时，显然大小是可变的。如果位桶数组中的元素达到(0.75*数组 length)， 就重新调整数组大小变为原来2倍大小。

扩容很耗时。扩容的本质是定义新的更大的数组，并将旧数组内容挨个拷贝到新数组中。

JDK8将链表在大于8情况下变为红黑二叉树

JDK8中，HashMap在存储一个元素时，当对应链表长度大于8时，链表就转换为红黑树，这样又大大提高了查找的效率。