類圖

在正式分析HashMap實現原理之前，先來看看其類圖。

源碼解讀

下面集合HashMap的put(K key, V value)方法探究其實現原理。

// 在HashMap內部用於存放插入數據的是一個名為"table"的一維Node對象數組
// Node對象為實際存放插入數據Key和Value的數據結構
transient Node<K,V>[] table;

// 外部調用插入數據的接口方法
public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

// 內部真正執行數據插入的方法
 

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)
        // 第一次插入數據時，初始化table數組
        n = (tab = resize()).length; 
    if ((p = tab[i = (n - 1
 
) & hash]) == null)
        // 變量n為HashMap當前容量大小，實際上就是table數組的容量大小
        // 將(n-1)與插入數據Key的hashcode值進行邏輯與運算，找到一個隨機位置i
        // 如果table[i]值為null，說明該位置還沒有存放數據，新建一個Node對象並存放在table[i]，本次插入完畢，返回null值
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        // 如果table[i]值不為null，說明該位置已經存放了數據，繼續尋找插入數據的位置
 

        Node<K,V> e; K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            // 如果新插入數據Key的hashcode值與table[i]位置存放對象Key的hascode值相同
            // 並且新插入數據Key與table[i]位置存放對象的Key引用的是同一個對象或者它們相等（通過equals方法比較）
            // 則使用新插入數據的Value替換table[i]位置存放對象的Value，本次插入完畢，返回之前存放在該位置對象的Value值
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            // 如果table[i]位置存放對象屬於TreeNode類型，進行特別處理
            // 為什麽需要判斷是否為TreeNode類型？
            e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            // 如果新插入數據Key不與table[i]位置存放對象Key相同，那麽尋找一個滿足如下條件的位置，將新數據插入到對應位置
            // 條件1：如果table[i]位置對象的next屬性為null，直接通過該next屬性引用插入數據新建的Node對象，並返回null
            // 條件2：如果table[i]位置對象的next屬性不為null，那麽就在該位置對象鏈表上尋找一個插入新數據的位置，在這個過程中根據如下滿足條件進行處理
            // 條件3：如果插入數據的Key與鏈表上的某個Node對象的Key相同，那麽使用新插入的Value替換該Node對象的Value，並返回該Node之前的Value值
            // 如果不滿足上訴3個條件，將插入數據保存在table[i]位置對象鏈表的末端，並返回null
            // 總結：HashMap存放實際數據的是一個一維數組，而每一個數組元素又支持鏈表結構
            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;
}

將上述HashMap實現插入數據的過程以插入4個數據為示例描述如下：
1.插入第一個數據時，初始化HashMap內部名為“table”的一維數組，默認大小為16，每一個數組元素值為null。

尋找一個插入數據的位置i，這在HashMap中的實現非常巧妙，這個插入位置通過如下表達式計算得到：i = (n - 1) & hash。其中，n為當前HashMap的容量，其實就是內部table數組的大小，hash為插入數據Key的hashCode值。通過該表達式將會隨機找個一個插入位置i，i的值範圍為[0,n-1]。必須註意的是： 插入位置是隨機的！並不是按照一維數組的順序插入方式，這是因為HashMap這個數據結構的特點所決定的。因為是插入第一個數據，所以隨機找到的位置“i=3”處對象為null值，因此直接在該位置處插入一個Node對象。本次插入操作完畢，返回null值。

2.插入第二個數據時，先隨機找到一個插入位置“i=1”，而且該位置處的對象為null值，說明還沒有存放任何數據，直接在該位置處插入一個Node對象。本次插入操作完畢，返回null值。

3.插入第三個數據時，隨機找到插入位置“i=1”，該位置上已經存放了數據；並且插入數據的Key不與該位置Node對象的Key相同（Key相同的條件時：首先必須hashCode值相同，並且他們引用的是同一個對象或者他們通過equals()方法比較時相等），此時需要將新插入數據保存到該位置Node對象的next屬性中（看起來像是鏈接到該位置Node對象的尾部）。本次插入操作完畢，返回null值。

4.插入第四個數據時，隨機找到插入位置“i=1”，該位置上已經存放了數據；並且插入數據的Key與該位置Node對象的Key相同，此時使用新插入數據的Value替換該位置Node對象當前的Value值。本次插入操作完畢，返回該位置Node對象之前的Value值。

上述示例描述的就是HashMap插入數據的原理，實際上除了上述描述的核心操作之外，在返回值之前需要判斷HashMap當前的容量是否能夠存儲更多插入的數據，根據判斷之後可能會進行擴容，如下代碼所示：

if (++size > threshold)
    resize();

總結

1.先明確一個事實，HashMap內部實際存放數據的是一個一維數組，但是存儲的元素類型支持鏈表結構。所以，存放數據之後的HashMap看起來像是一個“二維數組”（註意： 並不是真正的二維數組）。

2.判斷HashMap存放對象Key是否相同，方法如下：

• 新插入Key的hashCode值必須與已經存在對象Key的hashCode值相等，這是前提
• 新插入Key與已存在對象Key引用的是同一個對象，或者他們通過equals()方法比較時相等

3.HashMap內部名為“table”的一維數組可能存在“存不滿”數據的情況，因為插入數據的位置是通過表達式i = (n - 1) & hash計算的，可以認為這是一個隨機的值。

4.最後，還是需要老生常談地強調一下，HashMap不是線程安全的，其內部用於存放數據的容器本質上是一個一維數組，該數組本身並不是線程安全的，而且HashMap在寫操作時也並未進行線程同步。如果需要使用線程安全的HashMap，應該使用ConcurrentHashMap，因為在其中用於存儲數據的數組是線程安全的：

/**
 * The array of bins. Lazily initialized upon first insertion.
 * Size is always a power of two. Accessed directly by iterators.
 */
// ConcurrentHashMap內部存儲數據的table通過關鍵字volatile修飾，因此是線程安全的
transient volatile Node<K,V>[] table;

細說java系列之HashMap原理