關于Java HashMap的認知
HashMap詳解
HashMap 和 HashSet 是 Java Collection Framework 的兩個重要成員，其中 HashMap 是 Map 接口的常用實現類，HashSet 是 Set 接口的常用實現類。雖然 HashMap 和 HashSet 實現的接口規范不同，但它們底層的 Hash 存儲機制完全一樣，甚至 HashSet 本身就采用 HashMap 來實現的（使用HashMap的key來存儲HashSet的值，value是一個無意義的對象）。
通過 HashMap、HashSet 的源代碼分析其 Hash 存儲機制
實際上，HashSet 和 HashMap 之間有很多相似之處，對于 HashSet 而言，系統采用 Hash 算法決定集合元素的存儲位置，這樣可以保證能快速存、取集合元素；對于 HashMap 而言，系統 key-value 當成一個整體進行處理，系統總是根據 Hash 算法來計算 key-value 的存儲位置，這樣可以保證能快速存、取 Map 的 key-value 對。
在介紹集合存儲之前需要指出一點：雖然集合號稱存儲的是 Java 對象，但實際上并不會真正將 Java 對象放入 Set 集合中，只是在 Set 集合中保留這些對象的引用而言。也就是說：Java 集合實際上是多個引用變量所組成的集合，這些引用變量指向實際的 Java 對象。
集合和引用
就像引用類型的數組一樣，當我們把 Java 對象放入數組之時，并不是真正的把 Java 對象放入數組中，只是把對象的引用放入數組中，每個數組元素都是一個引用變量。
HashMap 的存儲實現
當程序試圖將多個 key-value 放入 HashMap 中時，以如下代碼片段為例：
HashMap《 String， Double》 map= newHashMap《 String， Double》（）; map.put（ “高數”，60.0）; map.put（ “大英”， 89.0）; map.put（ “大物”， 78.2）;
HashMap 采用一種所謂的“Hash 算法”來決定每個元素的存儲位置。
當程序執行 map.put（“高數” ， 60.0）; 時，系統將調用”高數”的 hashCode（） 方法得到其 hashCode 值——每個 Java 對象都有 hashCode（） 方法，都可通過該方法獲得它的 hashCode 值。得到這個對象的 hashCode 值之后，系統會根據該 hashCode 值來決定該元素的存儲位置。
我們可以看 HashMap 類的 put（K key ， V value） 方法的源代碼：
publicV put（K key， V value） { // 如果 key 為 null，調用 putForNullKey 方法進行處理 if（key == null） returnputForNullKey（ value）; // 根據 key 的 keyCode 計算 Hash 值 inthash = hash（key.hashCode（））; // 搜索指定 hash 值在對應 table 中的索引 inti = indexFor（hash， table.length）; // 如果 i 索引處的 Entry 不為 null，通過循環不斷遍歷 e 元素的下一個元素for（Entry《K，V》 e = table［i］; e ！= null; e = e.next） { Object k; // 找到指定 key 與需要放入的 key 相等（hash 值相同 // 通過 equals 比較放回 true） if（e.hash == hash && （（k = e.key） == key || key.equals（k））） { V oldValue = e. value; e. value= value; e.recordAccess（ this）;returnoldValue; } } // 如果 i 索引處的 Entry 為 null，表明此處還沒有 Entry modCount++; // 將 key、value 添加到 i 索引處 addEntry（hash， key， value， i）; returnnull; }
上面程序中用到了一個重要的內部接口：Map.Entry，每個 Map.Entry 其實就是一個 key-value 對。從上面程序中可以看出：當系統決定存儲 HashMap 中的 key-value 對時，完全沒有考慮 Entry 中的 value，僅僅只是根據 key 來計算并決定每個 Entry 的存儲位置。這也說明了前面的結論：我們完全可以把 Map 集合中的 value 當成 key 的附屬，當系統決定了 key 的存儲位置之后，value 隨之保存在那里即可。
上面方法提供了一個根據 hashCode（） 返回值來計算 Hash 碼的方法：hash（），這個方法是一個純粹的數學計算，其方法如下：
staticinthash（ inth） { h ^= （h 》》》 20） ^ （h 》》》 12）; returnh ^ （h 》》》 7） ^ （h 》》》 4）; }
對于任意給定的對象，只要它的 hashCode（） 返回值相同，那么程序調用 hash（int h） 方法所計算得到的 Hash 碼值總是相同的。接下來程序會調用 indexFor（int h， int length） 方法來計算該對象應該保存在 table 數組的哪個索引處。indexFor（int h， int length） 方法的代碼如下：
static intindexFor（ inth， intlength） { returnh & （ length- 1）; }
這個方法非常巧妙，它總是通過 h &（table.length -1） 來得到該對象的保存位置——而 HashMap 底層數組的長度總是 2 的 n 次方，這一點可參看后面關于 HashMap 構造器的介紹。
當 length 總是 2 的倍數時，h & （length-1） 將是一個非常巧妙的設計：假設 h=5，length=16， 那么 h & length - 1 將得到 5；如果 h=6，length=16， 那么 h & length - 1 將得到 6 ……如果 h=15，length=16， 那么 h & length - 1 將得到 15；但是當 h=16 時 ， length=16 時，那么 h & length - 1 將得到 0 了；當 h=17 時 ， length=16 時，那么 h & length - 1 將得到 1 了……這樣保證計算得到的索引值總是位于 table 數組的索引之內。
根據上面 put 方法的源代碼可以看出，當程序試圖將一個 key-value 對放入 HashMap 中時，程序首先根據該 key 的 hashCode（） 返回值決定該 Entry 的存儲位置：如果兩個 Entry 的 key 的 hashCode（） 返回值相同，那它們的存儲位置相同。如果這兩個 Entry 的 key 通過 equals 比較返回 true，新添加 Entry 的 value 將覆蓋集合中原有 Entry 的 value，但 key 不會覆蓋。如果這兩個 Entry 的 key 通過 equals 比較返回 false，新添加的 Entry 將與集合中原有 Entry 形成 Entry 鏈，而且新添加的 Entry 位于 Entry 鏈的頭部——具體說明繼續看 addEntry（） 方法的說明。
當向 HashMap 中添加 key-value 對，由其 key 的 hashCode（） 返回值決定該 key-value 對（就是 Entry 對象）的存儲位置。當兩個 Entry 對象的 key 的 hashCode（） 返回值相同時，將由 key 通過 eqauls（） 比較值決定是采用覆蓋行為（返回 true），還是產生 Entry 鏈（返回 false）。
上面程序中還調用了 addEntry（hash， key， value， i）; 代碼，其中 addEntry 是 HashMap 提供的一個包訪問權限的方法，該方法僅用于添加一個 key-value 對。下面是該方法的代碼：
voidaddEntry（ inthash， K key， V value， intbucketIndex） { // 獲取指定 bucketIndex 索引處的 Entry Entry《K，V》 e = table［bucketIndex］; // ① // 將新創建的 Entry 放入 bucketIndex 索引處，并讓新的 Entry 指向原來的 Entry table［bucketIndex］ = newEntry《K，V》（hash， key，value， e）; // 如果 Map 中的 key-value 對的數量超過了極限 if（size++ 》= threshold） // 把 table 對象的長度擴充到 2 倍。 resize（ 2* table.length）; // ② }
上面方法的代碼很簡單，但其中包含了一個非常優雅的設計：系統總是將新添加的 Entry 對象放入 table 數組的 bucketIndex 索引處——如果 bucketIndex 索引處已經有了一個 Entry 對象，那新添加的 Entry 對象指向原有的 Entry 對象（產生一個 Entry 鏈），如果 bucketIndex 索引處沒有 Entry 對象，也就是上面程序①號代碼的 e 變量是 null，也就是新放入的 Entry 對象指向 null，也就是沒有產生 Entry 鏈。
JDK 源碼
在 JDK 安裝目錄下可以找到一個 src.zip 壓縮文件，該文件里包含了 Java 基礎類庫的所有源文件。只要讀者有學習興趣，隨時可以打開這份壓縮文件來閱讀 Java 類庫的源代碼，這對提高讀者的編程能力是非常有幫助的。需要指出的是：src.zip 中包含的源代碼并沒有包含像上文中的中文注釋，這些注釋是筆者自己添加進去的。
Hash 算法的性能選項
根據上面代碼可以看出，在同一個 bucket 存儲 Entry 鏈的情況下，新放入的 Entry 總是位于 bucket 中，而最早放入該 bucket 中的 Entry 則位于這個 Entry 鏈的最末端。
上面程序中還有這樣兩個變量：
size：該變量保存了該 HashMap 中所包含的 key-value 對的數量。
threshold：該變量包含了 HashMap 能容納的 key-value 對的極限，它的值等于 HashMap 的容量乘以負載因子（load factor）。
從上面程序中②號代碼可以看出，當 size++ 》= threshold 時，HashMap 會自動調用 resize 方法擴充 HashMap 的容量。每擴充一次，HashMap 的容量就增大一倍。
上面程序中使用的 table 其實就是一個普通數組，每個數組都有一個固定的長度，這個數組的長度就是 HashMap 的容量。HashMap 包含如下幾個構造器：
HashMap（）：構建一個初始容量為 16，負載因子為 0.75 的 HashMap。
HashMap（int initialCapacity）：構建一個初始容量為 initialCapacity，負載因子為 0.75 的 HashMap。
HashMap（int initialCapacity， float loadFactor）：以指定初始容量、指定的負載因子創建一個 HashMap。
當創建一個 HashMap 時，系統會自動創建一個 table 數組來保存 HashMap 中的 Entry，下面是 HashMap 中一個構造器的代碼：
// 以指定初始化容量、負載因子創建 HashMap 我的Java學習交流QQ群：589809992public HashMap（ intinitialCapacity， floatloadFactor） { // 初始容量不能為負數if（initialCapacity 《 0） throw newIllegalArgumentException（ “Illegal initial capacity： ”+ initialCapacity）; // 如果初始容量大于最大容量，讓出示容量 if（initialCapacity 》 MAXIMUM_CAPACITY） initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; // 負載因子必須大于 0 的數值 if（loadFactor 《= 0|| Float.isNaN（loadFactor）） throw newIllegalArgumentException（ loadFactor）; // 計算出大于 initialCapacity 的最小的 2 的 n 次方值。 intcapacity = 1;while（capacity 《 initialCapacity） capacity 《《= 1; this.loadFactor = loadFactor; // 設置容量極限等于容量 * 負載因子 threshold = （ int）（capacity * loadFactor）; // 初始化 table 數組table = newEntry［capacity］; // ① init（）; }
上面代碼中粗體字代碼包含了一個簡潔的代碼實現：找出大于 initialCapacity 的、最小的 2 的 n 次方值，并將其作為 HashMap 的實際容量（由 capacity 變量保存）。例如給定 initialCapacity 為 10，那么該 HashMap 的實際容量就是 16。
程序①號代碼處可以看到：table 的實質就是一個數組，一個長度為 capacity 的數組。
對于 HashMap 及其子類而言，它們采用 Hash 算法來決定集合中元素的存儲位置。當系統開始初始化 HashMap 時，系統會創建一個長度為 capacity 的 Entry 數組，這個數組里可以存儲元素的位置被稱為“桶（bucket）”，每個 bucket 都有其指定索引，系統可以根據其索引快速訪問該 bucket 里存儲的元素。
無論何時，HashMap 的每個“桶”只存儲一個元素（也就是一個 Entry），由于 Entry 對象可以包含一個引用變量（就是 Entry 構造器的的最后一個參數）用于指向下一個 Entry，因此可能出現的情況是：HashMap 的 bucket 中只有一個 Entry，但這個 Entry 指向另一個 Entry ——這就形成了一個 Entry 鏈。如圖 1 所示：
HashMap 的讀取實現
當 HashMap 的每個 bucket 里存儲的 Entry 只是單個 Entry ——也就是沒有通過指針產生 Entry 鏈時，此時的 HashMap 具有最好的性能：當程序通過 key 取出對應 value 時，系統只要先計算出該 key 的 hashCode（） 返回值，在根據該 hashCode 返回值找出該 key 在 table 數組中的索引，然后取出該索引處的 Entry，最后返回該 key 對應的 value 即可。看 HashMap 類的 get（K key） 方法代碼
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