HashMap工作原理

在java的开发中，HashMap是用的非常多的一种集合，了解它的原理的也是非常重要的。

1.认识HashMap

map关联的数据结构类型为 “key1”->value,“key2”->value,“key3”->value等。
hashing:将字符串(文本)转换为短的固定长度值，该值代表原始字符串。更短的值有助于索引和更快的搜索。
在java中，每个对象都有一个方法 public int hashcode()，它将返回给定对象的散列值.

hashmap的默认容量为16，默认加载因子为0.75

hashmap 数据存储结构如下图：

HashMap存储过程

计算hash值和索引值
将node节点存入table数组中
如果index 相同将存入next形成链表

如上图，在向map中put数据时会先根据key计算hash值然后在和表大小按位与运算得到key应该放在table的第几个位置，如果多个key计算的index相同，会在该位置上形成链表。

2.HashMap初始化与扩容

一般情况下我们可能会会直接new 一个hashmap ,像这样 Map map = new HashMap<>();

结合源码实例化HashMap做了什么工作，从下面源码中我们看到只对loadFactor 赋了默认值，而table并没有初始化。那table的初始化在哪里呢，答案是在第一次put的时候。

    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

解析put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put时，条件成立
            n = (tab = resize()).length;//触发resize()方法，下文有对redize方法的说明
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //完成初始化并计算要放的位置，该位置上没有其他元素，直接将值newNode赋值
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {//已经存在元素，形成链表
            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)//当map的大小大于阀值，将会扩容，默认情况下threshold=16*0.75=12
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

    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)//在原有基础上扩容，容量和阀值都扩为原来的两倍
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {   //这里相当于首次初始化，赋默认值            
            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];//构造新的table
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {//将旧的元素赋值到新的table中
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)//单个元素，直接复制
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)//树节点的情况
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order //形成链表的情况
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;//记录原位置的链表
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;//记录新位置的链表
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {//与旧的容量按位与如果等于0，元素在原数组的位置与新数组的位置一样
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {//元素在原数组的位置+原数组的大小=元素在新数组的位置
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;//将链表赋值到新位置上
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;////将链表赋值到新位置上
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

3.HashMap中的红黑树（java8以后）

红黑树的性质