目录?
一、hashmap底层实现原理
Hash表是一个数组+链表的结构，这种结构能够保证在遍历与增删的过程中，如果不产生hash碰撞，仅需一次定位就可完成，时间复杂度能保证在O(1)。 ?在jdk1.7中，只是单纯的数组+链表的结构，但是如果散列表中的hash碰撞过多时，会造成效率的降低，所以在JKD1.8中对这种情况进行了控制，当一个hash值上的链表长度大于8时，该节点上的数据就不再以链表进行存储，而是转成了一个红黑树。
链表：
新的Entry节点在插入链表的时候，是怎么插入的么？
java8之前是头插法，就是说新来的值会取代原有的值，原有的值就顺推到链表中去
在java8之后，都是所用尾部插入了,因为java8之后链表有红黑树的部分，大家可以看到代码已经多了很多if else的逻辑判断了，红黑树的引入巧妙的将原本O(n)的时间复杂度降低到了O(logn)。使用头插会改变链表的上的顺序，但是如果使用尾插，在扩容时会保持链表元素原本的顺序，就不会出现链表成环的问题了。
就是说原本是A->B，在扩容后那个链表还是A->B
Java7在多线程操作HashMap时可能引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序倒置，在转移过程中修改了原来链表中节点的引用关系。
Java8在同样的前提下并不会引起死循环，原因是扩容转移后前后链表顺序不变，保持之前节点的引用关系。
那是不是意味着Java8就可以把HashMap用在多线程中呢？
我认为即使不会出现死循环，但是通过源码看到put/get方法都没有加同步锁，多线程情况最容易出现的就是：无法保证上一秒put的值，下一秒get的时候还是原值，所以线程安全还是无法保证。
二、扩充机制
数组容量是有限的，数据多次插入的，到达一定的数量就会进行扩容，也就是resize。
源码如下：
final Node<K,V>[] resize() { Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } if (newThr == 0) { float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; table = newTab; if (oldTab != null) { for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { Node<K,V> e; if ((e = oldTab[j]) != null) { oldTab[j] = null; if (e.next == null) newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e; else if (e instanceof TreeNode) ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; do { next = e.next; if ((e.hash & oldCap) == 0) { if (loTail == null) loHead = e; else loTail.next = e; loTail = e; } else { if (hiTail == null) hiHead = e; else hiTail.next = e; hiTail = e; } } while ((e = next) != null); if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j + oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab; }具体的一个流程如下
? 2.1 什么时候扩容
两个重要因素：
? ? Capacity：HashMap当前长度
? ? LoadFactory:负载因子，默认值为0.75f
怎么理解呢，就比如当前的容量大小为100，当你存进第76个的时候，判断发现需要进行resize了，那就进行扩容，但是HashMap的扩容也不是简单的扩大点容量这么简单的
??2.2 怎么扩容
①创建一个新的Entry空数组，长度是原来的2倍
②ReHash:遍历原Entry数组，把所有的Entry重新hash到新数组
为什么要重新hash呢？
因为长度扩大后，hash的规则也会随之改变
hash公式——>index=HashCode(key)&(Length-1)
三、hash算法
在JDK1.8的实现中，优化了高位运算的算法，通过hashCode()的高16位异或低16位实现的：(h = k.hashCode()) ^ (h >>> 16)，主要是从速度、功效、质量来考虑的。以上方法得到的int的hash值，然后再通过
h & (table.length -1)来得到该对象在数据中保存的位置。hash源码:
static final int hash(Object key) { int h; return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16); }?hashMap我们知道默认初始容量是16，也就是有16个桶。（我们在创建HashMap的时候，阿里巴巴规范插件会提醒我们最好赋初值，而且最好是2的幂。这样是为了位运算的方便，位与运算比算数计算的效率高了很多，之所以选择16，是为了服务将Key映射到index的算法 ）
那为啥用16不用别的呢？
因为在使用不是2的幂的数字的时候，Length-1的值是所有二进制位全为1，这种情况下，index的结果等同于HashCode后几位的值。
只要输入的HashCode本身分布均匀，Hash算法的结果就是均匀的。
这是为了实现均匀分布。
那hashmap是通过什么来计算出put对象的时候该放到哪个桶呢
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k; if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 && (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) { if (first.hash == hash && // always check first node ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return first; if ((e = first.next) != null) { if (first instanceof TreeNode) return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key); do { if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } while ((e = e.next) != null); } } return null; }看?(n - 1) & hash?也就是说hashmap是通过数组长度-1&key的hash值来计算出数组下标的，这里的hash值就是上面(h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16)计算出来的值
注：数组长度-1、^运算、>>>16，这三个操作都是为了让key在hashmap的桶中尽可能分散
用&而不用%是为了提高计算性能1、为什么数组长度要 - 1，直接数组长度&key.hashCode不行吗?
数组下标越界
2、为什么要length-1&key.hashCode计算下标，而不是用key.hashCode%length?
①、其实(length-1)&key.hashCode计算出来的值和key.hashCode%length是一样的
②、只有当length为2的n次方时，(length-1)&key.hashCode才等于key.hashCode%length
③、用&而不用%是为了提高计算性能，对于处理器来讲，&运算的效率是高于%运算的，就这么简单，除此之外，除法的效率也没&高
3、为什么要进行^运算，|运算、&运算不行吗?
异或运算符，第一个操作数的的第n位于第二个操作数的第n位相反才为1，否则为0
4、为什么要>>>16，>>>15不行吗？
这是无符号右移16位，位数不够，高位补0
现在来说进行 ^ 运算中的玄学，其实>>>16和 ^ 运算是相辅相成的关系，这一套操作是为了保留hash值高16位和低16位的特征，因为数组长度(按默认的16来算)减1后的二进制码低16位永远是1111，我们肯定要尽可能的让1111和hash值产生联系，但是很显然，如果只是1111&hash值的话，1111只会与hash值的低四位产生联系，也就是说这种算法出来的值只保留了hash值低四位的特征，前面还有28位的特征全部丢失了；
因为&运算是都为1才为1，1111我们肯定是改变不了的，只有从hash值入手，所以hashMap作者采用了 key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16) 这个巧妙的扰动算法，key的hash值经过无符号右移16位，再与key原来的hash值进行 ^ 运算，就能很好的保留hash值的所有特征，这种离散效果才是我们最想要的。
上面这两段话就是理解>>>16和 ^ 运算的精髓所在，如果没看懂，建议你休息一会儿再回来看，总之记住，目的都是为了让数组下标更分散
再补充一点点，其实并不是非得右移16位，如下面得测试，右移8位右移12位都能起到很好的扰动效果，但是hash值的二进制码是32位，所以最理想的肯定是折半咯
hashcode与equals的关系
java中：
? ? ? ? 如果两个对象的hashcode()相等，equals不一定相等
? ? ? ? 如果两个对象的equals()相等，hashcode()必定相等
重写equals()方法时，一定要重写hashcode,为什么呢？
如果我们已经对HashMap的原理有了一定了解，这个结果就不难理解了。尽管我们在进行get和put操作的时候，使用的key从逻辑上讲是等值的（通过equals比较是相等的），但由于没有重写hashCode方法，所以put操作时，key(hashcode1)–>hash–>indexFor–>最终索引位置 ，而通过key取出value的时候 key(hashcode1)–>hash–>indexFor–>最终索引位置，由于hashcode1不等于hashcode2，导致没有定位到一个数组位置而返回逻辑上错误的值null（也有可能碰巧定位到一个数组位置，但是也会判断其entry的hash值是否相等，上面get方法中有提到。）
所以，在重写equals的方法的时候，必须注意重写hashCode方法，同时还要保证通过equals判断相等的两个对象，调用hashCode方法要返回同样的整数值。而如果equals判断不相等的两个对象，其hashCode可以相同（只不过会发生哈希冲突，应尽量避免）。
四、hashmap的put和get方法
JDK7中HashMap采用的是位桶+链表的方式，即我们常说的散列链表的方式，而JDK8中采用的是位桶+链表/红黑树，这里讲的是 JDK8中的put方法。
hashmap-put源码:
public V put(K key, V value) { return putVal(hash(key), key, value, false, true); } final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) { Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i; if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0) n = (tab = resize()).length; if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) tab[i] = newNode(hash, key, value, null); else { Node<K,V> e; K k; if (p.hash == hash && ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) e = p; else if (p instanceof TreeNode) e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); else { for (int binCount = 0; ; ++binCount) { if ((e = p.next) == null) { p.next = newNode(hash, key, value, null); if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st treeifyBin(tab, hash); break; } if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) break; p = e; } } if (e != null) { // existing mapping for key V oldValue = e.value; if (!onlyIfAbsent || oldValue == null) e.value = value; afterNodeAccess(e); return oldValue; } } ++modCount; if (++size > threshold) resize(); afterNodeInsertion(evict); return null; }HashMap在put方法中，它使用hashCode()和equals()方法。当我们通过传递key-value对调用put方法的时候，HashMap使用Key hashCode()和哈希算法来找出存储key-value对的索引。如果索引处为空，则直接插入到对应的数组中，否则，判断是否是红黑树，若是，则红黑树插入，否则遍历链表，若长度不小于8，则将链表转为红黑树，转成功之后 再插入。
?hashmap-get方法源码：
public V get(Object key) { //如果key为null,则直接去table[0]处去检索即可。 if (key == null) return getForNullKey(); Entry<K,V> entry = getEntry(key); return null == entry ? null : entry.getValue(); }get方法通过key值返回对应value，如果key为null，直接去table[0]处检索。我们再看一下getEntry这个方法
final Entry<K,V> getEntry(Object key) { if (size == 0) { return null; } //通过key的hashcode值计算hash值 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key); //indexFor (hash&length-1) 获取最终数组索引，然后遍历链表，通过equals方法比对找出对应记录 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) return e; } return null; }可以看出，get方法的实现相对简单，key(hashcode)-->hash-->indexFor-->最终索引位置，找到对应位置table[i]，再查看是否有链表，遍历链表，通过key的equals方法比对查找对应的记录。要注意的是，有人觉得上面在定位到数组位置之后然后遍历链表的时候，e.hash == hash这个判断没必要，仅通过equals判断就可以。其实不然，试想一下，如果传入的key对象重写了equals方法却没有重写hashCode，而恰巧此对象定位到这个数组位置，如果仅仅用equals判断可能是相等的，但其hashCode和当前对象不一致，这种情况，根据Object的hashCode的约定，不能返回当前对象，而应该返回null。
五、hashmap与hashtable的区别
① 二者的存储结构和解决冲突的方法都是相同的。
② HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11，而HashMap为16，Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂，而HashMap则要求一定为2的整数次幂。
③ HashTable 中 key和 value都不允许为 null，而HashMap中key和value都允许为 null（key只能有一个为null，而value则可以有多个为 null）。但是如果在 Hashtable中有类似 put( null, null)的操作，编译同样可以通过，因为 key和 value都是Object类型，但运行时会抛出 NullPointerException异常。
④ Hashtable扩容时，将容量变为原来的2倍+1，而HashMap扩容时，将容量变为原来的2倍。
⑤ Hashtable计算hash值，直接用key的hashCode()，而HashMap重新计算了key的hash值，Hashtable在计算hash值对应的位置索引时，用 %运算，而 HashMap在求位置索引时，则用 &运算
总结
HashMap源代码，每一行都很有意思，都值得花时间去钻研、推敲。
通过看它底层的源代码在结合他人写的相关博客，相信大家都能有所收获
以上是我个人在的一个学习笔记，如有不足，欢迎补充......
敖丙说：“你知道的越多，不知道的越多”
作者：代码世界里的小李