上节聊到「Map接口和实现类」，今天我们深入探讨其实现类中的HashMap如何进行底层实现。
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，发现有如下两个核心内容：
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
/**
* The default initial capacity - MUST be a power of two.
* 核心数组默认初始化的大小为16（数组大小必须为2的整数幂）
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
/**
* The load factor used when none specified in constructor.
* 负载因子（核心数组被占用超过0.75，则开始启动扩容）
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 核心数组（根据需要可以扩容）。数组长度必须始终为2的整数幂。
*/
transient Entry[] table;
/**
* The number of key-value mappings contained in this map.
* 存储的键值对的数量
*/
transient int size;
/**
* The next size value at which to resize (capacity * load factor).
* 扩容后新数组的大小????
*/
int threshold;
其中的，Entry[] 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Entry是什么，源码如下：
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;
}
//其余代码省略
}
一个Entry对象存储了：
key：键对象
value：值对象
next:下一个节点
hash: 键对象的hash值
显然就是一个单向链表结构，我们使用图形表示一个Entry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Entry[]数组中。
第一步：获得key对象的hashcode
首先调用key对象的hashcode()方法，获得hashcode。
第二步：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范围在[0, 数组长度-1]的范围。我们要求转化后的hash值尽量均匀的分布在[0,数组长度-1]这个区间，减少“hash冲突”。
一种极端简单和低下的算法是：
hash值 = hashcode/hashcode;
也就是说，hash值总是1。意味着，键值对对象都会存储到数组索引1位置，这样就形成一个非常长的链表。相当于每存储一个对象都会发生“hash冲突”，HashMap也退化成了一个“链表”。
一种简单和常用的算法是（相除取余算法）：
ash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)
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)就相当于对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。
事实上，为了获得更好的散列效果，JDK对hashcode进行了两次散列处理（核心目标就是为了分布更散更均匀），源码如下：
static int hash(int h) {
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
第三步：生成Entry对象
一个Entry对象包含4部分：key对象、value对象、hash值、下一个Entry对象。我们现在算出了hash值。下一个Entry对象为null等。
第四步：将Entry对象放到table数组中
如果本Entry对象对应的数组索引位置还没有放Entry对象，则直接将Entry对象存储进数组。
如果对应索引位置已经有Entry对象，则将已有Entry对象的next指向本Entry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。
第一步：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。
第二步：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。
第三步：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
如果equals()为true，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。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。扩容本质就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。
下一节，我们简单介绍一个二叉树。同时，也便于大家理解TreeMap的底层结构。
「全栈Java笔记」是一部能帮大家从零到一成长为全栈Java工程师系列笔记。笔者江湖人称 Mr. G，10年Java研发经验，曾在神州数码、航天院某所研发中心从事软件设计及研发工作，从小白逐渐做到工程师、高级工程师、架构师。精通Java平台软件开发，精通JAVAEE，熟悉各种流行开发框架。
笔记包含从浅入深的六大部分：
A-Java入门阶段
B-数据库从入门到精通
C-手刃移动前端和Web前端
D-J2EE从了解到实战
E-Java高级框架精解
F-Linux和Hadoop
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