参考来自：http://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/54946424
一 hashMap的基本概念
1.HashMap的定义
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
HashMap继承自AbstractMap，AbstractMap是Map接口的骨干实现，AbstractMap中实现了Map中最重要最常用和方法。而在这里仍然实现Map结构，没有什么作用，应该是为了让map的层次结构更加清晰。
2.HashMap的成员变量
1 int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16：默认的初始容量为16 2 int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30：最大的容量为 2 ^ 30 3 float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f：默认的加载因子为 0.75f 4 Entry<K,V>[] table：Entry类型的数组，HashMap用这个来维护内部的数据结构，它的长度由容量决定 5 int size：HashMap的大小 6 int threshold：HashMap的极限容量，扩容临界点（容量和加载因子的乘积）
3.HashMap的构造函数
1 public HashMap()：构造一个具有默认初始容量 (16) 和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap 2 public HashMap(int initialCapacity)：构造一个带指定初始容量和默认加载因子 (0.75) 的空 HashMap 3 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)：构造一个带指定初始容量和加载因子的空 HashMap 4 public HashMap(Map< ? extends K, ? extends V> m)：构造一个映射关系与指定 Map 相同的新 HashMap
HashMap 的实例有两个参数影响其性能：初始容量和加载因子。
初始容量：哈希表在创建时的容量，实际上就是Entry< K,V>[] table的容量。
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。它衡量的是一个散列表的空间的使用程度，加载因子越大表示散列表的装填程度越高，反之愈小。对于使用链表法的散列表来说，查找一个元素的平均时间是O(1+a)，因此如果加载因子越大，对空间的利用更充分，然而后果是查找效率的降低；如果负载因子太小，那么散列表的数据将过于稀疏，对空间造成严重浪费。系统默认负载因子为0.75，一般情况下我们是无需修改的。
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 rehash 操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
二 HashMap的数据结构
1. 数据结构的图示
从上图我们可以看出HashMap底层实现还是数组，只是数组的每一项都是一条链。其中参数initialCapacity就代表了该数组的长度。
2.HashMap构造函数的源码
1 public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 2 //容量不能小于0 3 if (initialCapacity < 0) 4 throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); 5 //容量不能超出最大容量 6 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 7 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 8 //加载因子不能<=0 或者 为非数字 9 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) 10 throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + 11 loadFactor); 12 13 //计算出大于初始容量的最小2的n次方作为哈希表table的长度，下面会说明为什么要这样 14 int capacity = 1; 15 while (capacity < initialCapacity) 16 capacity <<= 1; 17 18 this.loadFactor = loadFactor; 19 //设置HashMap的容量极限，当HashMap的容量达到该极限时就会进行扩容操作 20 threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1); 21 //创建Entry数组 22 table = new Entry[capacity]; 23 useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() && 24 (capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD); 25 init(); 26 }
可以看到，这个构造函数主要做的事情就是：
1 对传入的容量和加载因子进行判断处理 2 设置HashMap的容量极限 3 计算出大于初始容量的最小2的n次方作为哈希表table的长度，然后用该长度创建Entry数组（table），这个是最核心的。
这里用到了Entry数组。
Entry是HashMap的一个内部类，它也是维护着一个key-value映射关系，除了key和value，还有next引用（该引用指向当前table位置的链表），hash值（用来确定每一个Entry链表在table中位置）。
Entry的内部实现如下：
1 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 2 final K key; 3 V value; 4 Entry<K,V> next; 5 int hash; 6 7 /** 8 * Creates new entry. 9 */ 10 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { 11 value = v; 12 next = n; 13 key = k; 14 hash = h; 15 } 16 }
三 HashMap的存储实现put（k,v）
1.过程概述
1 传入key和value，判断key是否为null，如果为null，则调用putForNullKey，以null作为key存储到哈希表中； 2 然后计算key的hash值，根据hash值搜索在哈希表table中的索引位置。
3 若当前索引位置不为null，则对该位置的Entry链表进行遍历。
如果链中存在该key，则用传入的value覆盖掉旧的value，同时把旧的value返回，结束； 4 否则调用addEntry，用key-value创建一个新的节点，并把该节点插入到该索引对应的链表的头部。
2.源码解读
1 public V put(K key, V value) { 2 //如果key为空的情况 3 if (key == null) 4 return putForNullKey(value); 5 //计算key的hash值 6 int hash = hash(key); 7 //计算该hash值在table中的下标，即计算bucketIndex 8 int i = indexFor(hash, table.length); 9 //对table[i]存放的链表进行遍历 10 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 11 Object k; 12 //判断该条链上是否有hash值相同的(key相同) 13 //若存在相同，则直接覆盖value，返回旧value 14 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { 15 V oldValue = e.value; 16 e.value = value; 17 e.recordAccess(this); 18 return oldValue; 19 } 20 } 21 22 //修改次数+1 23 modCount++; 24 //把当前key，value添加到table[i]的链表中 25 addEntry(hash, key, value, i); 26 return null; 27 } 28 }
（1） 如果为null，则调用putForNullKey：这就是为什么HashMap可以用null作为键的原因。
1 private V putForNullKey(V value) { 2 //查找链表中是否有null键 3 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { 4 if (e.key == null) { 5 V oldValue = e.value; 6 e.value = value; 7 e.recordAccess(this); 8 return oldValue; 9 } 10 } 11 modCount++; 12 //如果链中查找不到，则把该null键插入 13 addEntry(0, null, value, 0); 14 return null; 15 }
（2）如果链中存在该key，则用传入的value覆盖掉旧的value，同时把旧的value返回：这就是为什么HashMap不能有两个相同的key的原因。
HashMap中，首先计算key的hash值，然后通过hash值获得bucketIndex。
1 final int hash(Object k) { 2 int h = 0; 3 if (useAltHashing) { 4 if (k instanceof String) { 5 return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); 6 } 7 h = hashSeed; 8 } 9 10 h ^= k.hashCode(); 11 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); 12 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); 13 }
1 static int indexFor(int h, int length) { 2 return h & (length-1); 3 }
对于HashMap的table而言，数据分布需要均匀（最好每项都只有一个元素，这样就可以直接找到），不能太紧也不能太松，太紧会导致查询速度慢，太松则浪费空间。计算hash值后，怎么才能保证table元素分布均与呢？
可以采用取模的方式。但是由于取模的消耗较大，HashMap是通过&运算符（按位与操作）来实现的：h & (length-1)。在构造函数中存在：capacity <<= 1，这样做总是能够保证HashMap的底层数组长度为2的n次方。当length为2的n次方时，h&(length - 1)就相当于对length取模，而且速度比直接取模快得多。即等价不等效。
所以说当length = 2^n时，不同的hash值发生碰撞的概率比较小，这样就会使得数据在table数组中分布较均匀，查询速度也较快。
在获得bucketIndex之后，调用addEntry将key-value插入到该索引的联表中。首先取得bucketIndex位置的Entry头结点，并创建新节点，把该新节点插入到链表中的头部，该新节点的next指针指向原来的头结点 。
其中addEntry：
1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 2 //如果size大于极限容量，将要进行重建内部数据结构操作，之后的容量是原来的两倍，并且重新设置hash值和hash值在table中的索引值 3 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) { 4 resize(2 * table.length); 5 hash = (null != key) ? hash(key) : 0; 6 bucketIndex = indexFor(hash, table.length); 7 } 8 //真正创建Entry节点的操作 9 createEntry(hash, key, value, bucketIndex); 10 }
1 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; 3 table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e); 4 size++; 5 }
系统总是将新的Entry对象添加到bucketIndex处。如果bucketIndex处已经有了对象，那么新添加的Entry对象将指向原有的Entry对象，形成一条Entry链，但是若bucketIndex处没有Entry对象，也就是e==null,那么新添加的Entry对象指向null，也就不会产生Entry链了。
（3）扩容问题
threshold是容器的容量极限，size是HashMap中键值对的数量，也就是node的数量。当不断添加key-value，size大于了容量极限threshold时，会发生扩容。扩容发生在resize方法中，也就是扩大数组（桶）的数量，如何扩容参考：http://blog.csdn.net/jeffleo/article/details/63684953
threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
四 HashMap的读取实现get（key, value）
1.过程概述
1 调用hash（key）求得key的hash值。
2 然后调用indexFor（hash）求得hash值对应的table的索引位置。
3 然后遍历索引位置的链表，如果存在key，则把key对应的Entry返回，否则返回null。
2.源码解读
1 public V get(Object key) { 2 //如果key为null，求null键 3 if (key == null) 4 return getForNullKey(); 5 // 用该key求得entry 6 Entry<K,V> entry = getEntry(key); 7 8 return null == entry ? null : entry.getValue(); 9 } 10 11 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { 12 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); 13 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { 16 Object k; 17 if (e.hash == hash &&((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 19 return e; 20 } 21 return null; 22 }
五 HashMap键的遍历
HashMap遍历时，按哈希表的每一个索引的链表从上往下遍历，由于HashMap的存储规则，最晚添加的节点都有可能在第一个索引的链表中，这就造成了HashMap的遍历时无序的。
1 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> { 2 Entry<K,V> next; // next entry to return 3 int expectedModCount; // For fast-fail 4 int index; // current slot 5 Entry<K,V> current; // current entry 6 7 //当调用keySet().iterator()时，调用此代码 8 HashIterator() { 9 expectedModCount = modCount; 10 if (size > 0) { // advance to first entry 11 Entry[] t = table; 12 //从哈希表数组从上到下，查找第一个不为null的节点，并把next引用指向该节点 13 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null); 15 } 16 } 17 18 public final boolean hasNext() { 19 return next != null; 20 } 21 22 //当调用next时，会调用此代码 23 final Entry<K,V> nextEntry() { 24 if (modCount != expectedModCount) 25 throw new ConcurrentModificationException(); 26 Entry<K,V> e = next; 27 if (e == null) 28 throw new NoSuchElementException(); 29 30 //如果当前节点的下一个节点为null，从节点处罚往下查找哈希表，找到第一个不为null的节点 31 if ((next = e.next) == null) { 32 Entry[] t = table; 33 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null); 35 } 36 current = e; 37 return e; 38 } 39 40 public void remove() { 41 if (current == null) 42 throw new IllegalStateException(); 43 if (modCount != expectedModCount) 44 throw new ConcurrentModificationException(); 45 Object k = current.key; 46 current = null; 47 HashMap.this.removeEntryForKey(k); 48 expectedModCount = modCount; 49 } 50 }