HashMap的数据结构

一、概述

        HashMap是Map的常用子类，基于哈希表（数组+链表）的Map接口实现，提供所有可选的映射操作。关键特点：无序、key唯一、value允许重复、key和value允许为null。

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

二、版本

2.1 JDK1.7

        JKD1.7之前HashMap的数据结构为数组+单项链表。哈希冲突时，将冲突值加入链表中，插入元素时采用头插法。

2.2 JDK1.8

        JDK1.8之后对HashMap做了一系列优化，最为重要的就是将HashMap的数据结构改为数组+单向链表+红黑树，当链表长度大于默认值8，数组长度大于64时，将链表转化为红黑树，以此优化查询时间。插入元素时采用尾插法。

 三、关键参数

Node<K,V>[ ] table

保存KV键值对的数组，每个KV键值对都被封装成一个Node对象

数组容量决定了HashMap对内存的占用大小

float loadFactor

加载因子（填充因子）

加载因子默认为0.75，代表HashMap对数组容量的使用率为75%，超过该使用率，则数组需要扩容。

加载因子决定了HashMap对数组的使用率，加载因子越高，则表示允许填满的元素就越多，集合的空间利用率就越高，但是冲突的机会增加。反之，越小则冲突的机会就会越少，但空间很多就浪费了。

int threshold

扩容阈值

用于判断数组是否需要扩容

扩容阈值threshold = 数组容量 * 加载因子

size : int

KV键值对的数量

四、关键计算

hash()函数

static final int hash(Object key) {//hash（）方法计算出一个hash值
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }
 
 
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)
            //当当前数组位置为空时，新的Entry对象可以直接放进数组中
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            //当计算出的下标位置上有元素时
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;//如果key相等，那么用新的value替换原数据
            else if (p instanceof TreeNode)
                //如果不相等，判断当前节点是不是TreeNode<K,V>树形节点，如果是，创作树形节点插入红黑树中
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                //如果不是树形节点，则创建普通的Node<K,V>加入链表尾部
                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
                            //当链表长度大于8且数组长度大于64时，链表转换为红黑树
                            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();//如果当前节点数大于实际存储空间大小时，调用resize()，按照原数组的长度，扩容一倍
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

下标计算

JKD1.7：index = hash % 数组长度

JDK1.8：index = (数组长度 - 1) & hash，可以提高性能，但数组长度必须为2的N次幂