一篇文章帶您讀懂Map集合（原始碼分析）
今天要分享的Java集合是Map，主要是針對它的常見實現類HashMap進行講解（jdk1.8）
什麼是Map核心方法原始碼剖析1.文件註釋2.成員變數3.構造方法4.put()5.get()
什麼是Map
Map是非線性資料結構的主要實現，用來存放一組鍵-值型資料，我們稱之為散列表。在其他語言中，也被稱為字典。
HashMap是一個非常重要的資料結構，在我們的專案中有大量的運用，或充當引數，或用於快取。而在面試中，HashMap也幾乎成為了一個“必考項”，所以今天我們就從原始碼的角度，對這種資料結構進行剖析。
首先我們先就使用上，給出幾個先入為主的概念。有了概念，再去看原始碼就會容易很多。
我們來舉一個例子，A班一共有64個學生，學號是唯一的9位數。在一場期末考試中，如果我們想知道一個學生的成績，那麼就可以通過學號來定位學生，然後獲取所有的考試資訊。為了便於儲存和查詢，我們將學生的學號，通過編碼對映到下標從1-63的陣列中。
將例子和HashMap中的概念對應起來：學號就是鍵(key),也叫做關鍵字，學生的資訊就是值,將學號轉換成陣列下標的對映方法就叫做雜湊函式（雜湊函式是散列表的核心），雜湊函式計算得到的值就叫作雜湊值，也叫做Hash值或雜湊值。
對這些只要有一個大致的印象就可以，接下來我們會通過剖析原始碼的方式，對散列表的工作原理進行深入的分析。
核心方法原始碼剖析
這一部分，選取了HashMap的一些核心內容進行講解。分別是：文件註釋,成員變數,構造方法，put()、hash()、get()、remove()。
1.文件註釋
permits null values and the null key
允許儲存null值和null鍵
The HashMap class is roughly equivalent to Hashtable, except that it is unsynchronized and permits nulls.
HashMap近似於Hashtable，除了它不同步並且允許null值
This class makes no guarantees as to the order of the map
這個類儲存資料是無序的
An instance of HashMap has two parameters that affect its performance: initial capacity and load factor
一個散列表有兩個影響其效能的引數：初始值和負載因子
so that the hash table has approximately twice the number of buckets
每次擴容2倍
2.成員變數
1// 預設容量
2static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
3
4// 最大容量
5static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
6
7// 負載因子：已用空間 / 總空間，負載因子平衡了時間和空間成本，如果負載因子過高，導致空間成本減少，查詢成本增加，反之亦然。
8static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
9
10// 一個哈系桶儲存的元素超過8，就會將連結串列轉換成紅黑二叉樹
11static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
12
13// 一個雜湊桶儲存的元素小於6，並且是紅黑二叉樹儲存，那麼此時就會將紅黑二叉樹重新轉換成連結串列
14static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
15
16// 資料量閾值，資料量只有大於這一個值，才會發生樹化
17static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
3.構造方法
HashMap的構造方法有4種,我們一般不會修改它的負載因子，常用的構造方法只有無參構造和傳入初始值的構造方法。
1HashMap()
2HashMap(int initialCapacity)
3HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
4HashMap(Map<? extends K,? extends V> m)
4.put()
put中有一個核心的方法，hash()，即雜湊方法
1public V put(K key, V value) {
2 return putVal(hash(key), key, value, false, true);
3}
4
5static final int hash(Object key) {
6 int h;
7 return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
8}
從hash方法中可以看出，如果傳入的key是null，就會固定的返回0位置。如果傳入的key不是null，那麼就會取key的hashCode方法的返回值，記做h，返回h與h高16位的異或值。
hash()方法的這段程式碼，又被稱為擾動函式，我們可以思考一下，h的值是一個int,它的範圍是[-2147483648, 2147483647],大概包含了40億的對映空間。如果直接存到記憶體中，肯定是存不下的，而且HashMap的初始值只有16，那麼我們就需要將h對映到這16個雜湊桶中，可以直接取模，但是這樣的效率不是很高，所以這裡jdk使用了位與的方法，程式碼抽象如下：
1private int getIndex(int length, int h){
2 return h & (length - 1);
3}
這裡可以解釋一下，為什麼HashMap要求初始值是2的整次冪？，這樣length - 1正好相當於一個低位掩碼，只截取了低位的值.
但是這裡有一個問題，即使我們的雜湊函式設計的再鬆散，那麼當遮蔽掉高位，只看低位的時候，還是會容易發生雜湊衝突。此時擾動函式的價值就體現出來了，它將自身的高半區(32bit)和低半區(32bit)做異或，這樣既增加了隨機性，又將高位的資訊變相的參雜了進來。
這裡的getIndex函式除了位運算效能高，還有一個好處，這裡擴容前後，h的值是不變的，只跟key有關。那麼length - 1的值，只會增加一個高位1，所以經過getIndex計算的值，有一定機率保持不變（增加的高位，對應h的位是0），擴容時，就會少進行一些資料的搬運，即擴容時資料是黏性的。
講完了hash()，put()方法的核心思想就差不多講完了，接下來我們將遮蔽一些實現細節，來講一下剩下的putVal()。
1final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) {
2 Node<K,V>[] tab;
3 Node<K,V> p;
4 int n, i;
5 // 當散列表為null的時候，呼叫resize()進行初始化
6 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
7 n = (tab = resize()).length;
8 // 如果沒有發生雜湊碰撞，直接將元素存進雜湊桶
9 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
10 tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
11 else {
12 // 如果發生了雜湊碰撞
13 Node<K,V> e; K k;
14 if (p.hash == hash &&
15 ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
16 // 記錄要插入的元素
17 e = p;
18 else if (p instanceof TreeNode)
19 // 如果是樹結構，就呼叫樹的插入方法
20 e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
21 else {
22 // 如果是連結串列結構，就呼叫連結串列的插入方法
23 for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
24 if ((e = p.next) == null) {
25 p.next = newNode(hash, key, value, null);
26 if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
27 treeifyBin(tab, hash);
28 break;
29 }
30 if (e.hash == hash &&
31 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
32 break;
33 p = e;
34 }
35 }
36 if (e != null) { // 覆蓋元素
37 V oldValue = e.value;
38 if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
39 e.value = value;
40 afterNodeAccess(e);
41 return oldValue;
42 }
43 }
44 ++modCount;
45 if (++size > threshold)
46 resize();
47 afterNodeInsertion(evict);
48 return null;
49}
這裡的擴容方法是resize()，每次擴容2倍，採用的也是資料搬運的方式，所以我們要儘可能的去避免HashMap的擴容。
5.get()
1public V get(Object key) {
2 Node<K,V> e;
3 return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
4}
5
6final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
7 Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
8 if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
9 (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
10 // 如果在桶的首位就可以找到，那麼就直接返回（提升效率，雜湊衝突並不那麼容易出現）
11 if (first.hash == hash && // always check first node
12 ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
13 return first;
14 if ((e = first.next) != null) {
15 // 根據節點型別，在紅黑二叉樹或者連結串列中查詢資料
16 if (first instanceof TreeNode)
17 return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
18 do {
19 if (e.hash == hash &&
20 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
21 return e;
22 } while ((e = e.next) != null);
23 }
24 }
25 return null;
26}
get()的思想和put()類似，根據不同的Node型別，進行查詢
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