在Java集合类中最常用的除了ArrayList外，就是HashMap了。本文尽自己所能，尽量详细的解释HashMap的源码。一山还有一山高，有不足之处请之处，定感谢指定并及时修正。
在看HashMap源码之前先复习一下数据结构。
Java最基本的数据结构有数组和链表。数组的特点是空间连续（大小固定）、寻址迅速，但是插入和删除时需要移动元素，所以查询快，增加删除慢。链表恰好相反，可动态增加或减少空间以适应新增和删除元素，但查找时只能顺着一个个节点查找，所以增加删除快，查找慢。有没有一种结构综合了数组和链表的优点呢？当然有，那就是哈希表（虽说是综合优点，但实际上查找肯定没有数组快，插入删除没有链表快，一种折中的方式吧）。一般采用拉链法实现哈希表。哈希表？拉链法？可能一下想不起来，不过放张图就了然了。
（图片google来的，好多都用了文章用了这张图了，不知道出处了就没申明作者了）
学计算机的肯定学过这玩意儿，也不需要解释，都懂的。
铺垫了这么多，又是数组又是链表，还有哈希表，拉链法，该入正题了，我们什么时候用到了这些内容，具体它是怎么实现的？
其实我们一直在用（别告诉我你没用过HashMap什么的），可能你一直没去深究，没看到它如何实现的，所以一直没感受到。这里主要分析HashMap的源码，就不再多扯其他的了。
HashMap继承自AbstractMap，实现了Map接口（这些内容可以参考《Java集合类》）。来看类的定义。
1 public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
Map接口定义了所有Map子类必须实现的方法。Map接口中还定义了一个内部接口Entry（为什么要弄成内部接口？改天还要学习学习）。Entry将在后面有详细的介绍。
AbstractMap也实现了Map接口，并且提供了两个实现Entry的内部类：SimpleEntry和SimpleImmutableEntry。
定义了接口，接口中又有内部接口，然后有搞了个抽象类实现接口，抽象类里面又搞了两个内部类实现接口的内部接口，有没有点绕，为什么搞成这样呢？先不管了，先看HashMap吧。
HashMap中定义的属性（应该都能看明白，不过还是解释一下）：
1 /** 2 * 默认的初始容量，必须是2的幂。 3 */ 4 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; 5 /** 6 * 最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换） 7 */ 8 static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 9 /** 10 * 默认装载因子，这个后面会做解释 11 */ 12 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 13 /** 14 * 存储数据的Entry数组，长度是2的幂。看到数组的内容了，接着看数组中存的内容就明白为什么博文开头先复习数据结构了 15 */ 16 transient Entry[] table; 17 /** 18 * map中保存的键值对的数量 19 */ 20 transient int size; 21 /** 22 * 需要调整大小的极限值（容量*装载因子） 23 */ 24 int threshold; 25 /** 26 *装载因子 27 */ 28 final float loadFactor; 29 /** 30 * map结构被改变的次数 31 */ 32 transient volatile int modCount;
接着是HashMap的构造方法。
/** *使用默认的容量及装载因子构造一个空的HashMap */ public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);//计算下次需要调整大小的极限值 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];//根据默认容量（16）初始化table init(); } /** * 根据给定的初始容量的装载因子创建一个空的HashMap * 初始容量小于0或装载因子小于等于0将报异常 */ public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)//调整最大容量 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); int capacity = 1; //设置capacity为大于initialCapacity且是2的幂的最小值 while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); table = new Entry[capacity]; init(); } /** *根据指定容量创建一个空的HashMap */ public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);//调用上面的构造方法，容量为指定的容量，装载因子是默认值 } /** *通过传入的map创建一个HashMap，容量为默认容量（16）和(map.zise()/DEFAULT_LOAD_FACTORY)+1的较大者，装载因子为默认值 */ public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); putAllForCreate(m); }
上面的构造方法中调用到了init()方法，最后一个方法还调用了putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m)。init方法是一个空方法，里面没有任何内容。putAllForCreate看方法名就是创建的时候将传入的map全部放入新创建的对象中。该方法中还涉及到其他方法，将在后面介绍。
先看初始化table时均使用了Entry，这是HashMap的一个内部类，实现了Map接口的内部接口Entry。
下面给出Map.Entry接口及HashMap.Entry类的内容。
Map.Entry接口定义的方法
1 K getKey();//获取Key 2 V getValue();//获取Value 3 V setValue();//设置Value，至于具体返回什么要看具体实现 4 boolean equals(Object o);//定义equals方法用于判断两个Entry是否相同 5 int hashCode();//定义获取hashCode的方法
HashMap.Entry类的具体实现
1 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 2 final K key; 3 V value; 4 Entry<K,V> next;//对下一个节点的引用（看到链表的内容，结合定义的Entry数组，是不是想到了哈希表的拉链法实现？！） 5 final int hash;//哈希值 6 7 Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { 8 value = v; 9 next = n; 10 key = k; 11 hash = h; 12 } 13 14 public final K getKey() { 15 return key; 16 } 17 18 public final V getValue() { 19 return value; 20 } 21 22 public final V setValue(V newValue) { 23 V oldValue = value; 24 value = newValue; 25 return oldValue;//返回的是之前的Value 26 } 27 28 public final boolean equals(Object o) { 29 if (!(o instanceof Map.Entry))//先判断类型是否一致 30 return false; 31 Map.Entry e = (Map.Entry)o; 32 Object k1 = getKey(); 33 Object k2 = e.getKey(); 34 // Key相等且Value相等则两个Entry相等 35 if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { 36 Object v1 = getValue(); 37 Object v2 = e.getValue(); 38 if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) 39 return true; 40 } 41 return false; 42 } 43 // hashCode是Key的hashCode和Value的hashCode的异或的结果 44 public final int hashCode() { 45 return (key==null ? 0 : key.hashCode()) ^ 46 (value==null ? 0 : value.hashCode()); 47 } 48 // 重写toString方法，是输出更清晰 49 public final String toString() { 50 return getKey() + "=" + getValue(); 51 } 52 53 /** 54 *当调用put(k,v)方法存入键值对时，如果k已经存在，则该方法被调用（为什么没有内容？） 55 */ 56 void recordAccess(HashMap<K,V> m) { 57 } 58 59 /** 60 * 当Entry被从HashMap中移除时被调用（为什么没有内容？） 61 */ 62 void recordRemoval(HashMap<K,V> m) { 63 } 64 }
看完属性和构造方法，接着看HashMap中的其他方法，一个个分析，从最常用的put和get说起吧。
put()
1 public V put(K key, V value) { 2 if (key == null) 3 return putForNullKey(value); 4 int hash = hash(key.hashCode()); 5 int i = indexFor(hash, table.length); 6 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 7 Object k; 8 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { 9 V oldValue = e.value; 10 e.value = value; 11 e.recordAccess(this); 12 return oldValue; 13 } 14 } 15 16 modCount++; 17 addEntry(hash, key, value, i); 18 return null; 19 }
当存入的key是null的时候将调用putForNUllKey方法，暂时将这段逻辑放一边，看key不为null的情况。先调用了hash(int h)方法获取了一个hash值。
1 static int hash(int h) { 2 // This function ensures that hashCodes that differ only by 3 // constant multiples at each bit position have a bounded 4 // number of collisions (approximately 8 at default load factor). 5 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); 6 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); 7 }
这个方法的主要作用是防止质量较差的哈希函数带来过多的冲突（碰撞）问题。Java中int值占4个字节，即32位。根据这32位值进行移位、异或运算得到一个值。
1 static int indexFor(int h, int length) { 2 return h & (length-1); 3 }
indexFor返回hash值和table数组长度减1的与运算结果。为什么使用的是length-1？应为这样可以保证结果的最大值是length-1，不会产生数组越界问题。
获取索引位置之后做了什么？探测table[i]所在的链表，所发现key值与传入的key值相同的对象，则替换并返回oldValue。若找不到，则通过addEntry(hash,key,value,i)添加新的对象。来看addEntry(hash,key,value,i)方法。
1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; 3 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 4 if (size++ >= threshold) 5 resize(2 * table.length); 6 }
这就是在一个链表头部插入一个节点的过程。获取table[i]的对象e，将table[i]的对象修改为新增对象，让新增对象的next指向e。之后判断size是否到达了需要扩充table数组容量的界限并让size自增1，如果达到了则调用resize(int capacity)方法将数组容量拓展为原来的两倍。
1 void resize(int newCapacity) { 2 Entry[] oldTable = table; 3 int oldCapacity = oldTable.length; 4 // 这个if块表明，如果容量已经到达允许的最大值，即MAXIMUN_CAPACITY，则不再拓展容量，而将装载拓展的界限值设为计算机允许的最大值。 5 // 不会再触发resize方法，而是不断的向map中添加内容，即table数组中的链表可以不断变长，但数组长度不再改变 6 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { 7 threshold = Integer.MAX_VALUE; 8 return; 9 } 10 // 创建新数组，容量为指定的容量 11 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; 12 transfer(newTable); 13 table = newTable; 14 // 设置下一次需要调整数组大小的界限 15 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 16 }
结合上面给出的注释，调整数组容量的内容仅剩下将原table中的内容复制到newTable中并将newTable返回给原table。即上面代码中的“transfer(newTable);table = newTable;”。来看transfer(Entry[] newTable)方法。
1 void transfer(Entry[] newTable) { 2 // 保留原数组的引用到src中， 3 Entry[] src = table; 4 // 新容量使新数组的长度 5 int newCapacity = newTable.length; 6 // 遍历原数组 7 for (int j = 0; j < src.length; j++) { 8 // 获取元素e 9 Entry<K,V> e = src[j]; 10 if (e != null) { 11 // 将原数组中的元素置为null 12 src[j] = null; 13 // 遍历原数组中j位置指向的链表 14 do { 15 Entry<K,V> next = e.next; 16 // 根据新的容量计算e在新数组中的位置 17 int i = indexFor(e.hash, newCapacity); 18 // 将e插入到newTable[i]指向的链表的头部 19 e.next = newTable[i]; 20 newTable[i] = e; 21 e = next; 22 } while (e != null); 23 } 24 } 25 }
从上面的代码可以看出，HashMap之所以不能保持元素的顺序有以下几点原因：第一，插入元素的时候对元素进行哈希处理，不同元素分配到table的不同位置；第二，容量拓展的时候又进行了hash处理；第三，复制原表内容的时候链表被倒置。
一个put方法带出了这么多内容，接着看看putAll吧。
1 public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { 2 int numKeysToBeAdded = m.size(); 3 if (numKeysToBeAdded == 0) 4 return; 5 // 为什么判断条件是numKeysToBeAdded，不是(numKeysToBeAdded+table.length)>threshold??? 6 if (numKeysToBeAdded > threshold) { 7 int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1); 8 if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 9 targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 10 int newCapacity = table.length; 11 while (newCapacity < targetCapacity) 12 newCapacity <<= 1; 13 if (newCapacity > table.length) 14 resize(newCapacity); 15 } 16 17 for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) { 18 Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next(); 19 put(e.getKey(), e.getValue()); 20 } 21 }
先回答上面的问题：为什么判断条件是numKeysToBeAdded，不是(numKeysToBeAdded+table.length)>threshold???
这是一种保守的做法，明显地，我们应该在(numKeysToBeAdded+table.length)>threshold的时候去拓展容量，但是考虑到将被添加的元素可能会有Key与原本存在的Key相同的情况，所以采用保守的做法，避免拓展到过大的容量。
接着是遍历m中的内容，然后调用put方法将元素添加到table数组中。
遍历的时候涉及到了entrySet方法，这个方法定义在Map接口中，HashMap中也有实现，后面会解释HashMap的这个方法，其它Map的实现暂不解释。
下面介绍在put方法中被调用到的putForNullKey方法。
1 private V putForNullKey(V value) { 2 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { 3 if (e.key == null) { 4 V oldValue = e.value; 5 e.value = value; 6 e.recordAccess(this); 7 return oldValue; 8 } 9 } 10 modCount++; 11 addEntry(0, null, value, 0); 12 return null; 13 }
这是一个私有方法，在put方法中被调用。它首先遍历table数组，如果找到key为null的元素，则替换元素值并返回oldValue；否则通过addEntry方法添加元素，之后返回null。
还记得上面构造方法中调用到的putAllForCreate吗？一口气将put操作的方法看完吧。
1 private void putAllForCreate(Map<? extends K, ? extends V> m) { 2 for (Iterator<? extends Map.Entry<? extends K, ? extends V>> i = m.entrySet().iterator(); i.hasNext(); ) { 3 Map.Entry<? extends K, ? extends V> e = i.next(); 4 putForCreate(e.getKey(), e.getValue()); 5 } 6 }
先将遍历的过程放在一边，因为它同样涉及到了entrySet()方法。剩下的代码很简单，只是调用putForCreate方法逐个元素加入。
1 private void putForCreate(K key, V value) { 2 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); 3 int i = indexFor(hash, table.length); 4 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { 5 Object k; 6 if (e.hash == hash && 7 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 8 e.value = value; 9 return; 10 } 11 } 12 createEntry(hash, key, value, i); 13 }
该方法先计算需要添加的元素的hash值和在table数组中的索引i。接着遍历table[i]的链表，若有元素的key值与传入key值相等，则替换value，结束方法。若不存在key值相同的元素，则调用createEntry创建并添加元素。
1 void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { 2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; 3 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 4 size++; 5 }
这个方法的内容就不解释了，上面都解释过。
至此所有put相关操作都解释完毕了。put之外，另一个常用的操作就是get，下面就来看get方法。
1 public V get(Object key) { 2 if (key == null) 3 return getForNullKey(); 4 int hash = hash(key.hashCode()); 5 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 6 e != null; 7 e = e.next) { 8 Object k; 9 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) 10 return e.value; 11 } 12 return null; 13 }
该方法分为key为null和不为null两块。先看不为null的情况。先获取key的hash值，之后通过hash值及table.length获取key对应的table数组的索引，遍历索引的链表，所找到key相同的元素，则返回元素的value，否者返回null。不为null的情况调用了getForNullKey()方法。
1 private V getForNullKey() { 2 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) { 3 if (e.key == null) 4 return e.value; 5 } 6 return null; 7 }
这是一个私有方法，只在get中被调用。该方法判断table[0]中的链表是否包含key为null的元素，包含则返回value，不包含则返回null。为什么是遍历table[0]的链表？因为key为null的时候获得的hash值都是0。
添加（put）和获取（get）都结束了，接着看如何判断一个元素是否存在。
HashMap没有提供判断元素是否存在的方法，只提供了判断Key是否存在及Value是否存在的方法，分别是containsKey(Object key)、containsValue(Object value)。
containsKey(Object key)方法很简单，只是判断getEntry(key)的结果是否为null，是则返回false，否返回true。
1 public boolean containsKey(Object key) { 2 return getEntry(key) != null; 3 } 4 final Entry<K,V> getEntry(Object key) { 5 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); 6 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 7 e != null; 8 e = e.next) { 9 Object k; 10 if (e.hash == hash && 11 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) 12 return e; 13 } 14 return null; 15 }
getEntry(Object key)也没什么内容，只是根据key对应的hash值计算在table数组中的索引位置，然后遍历该链表判断是否存在相同的key值。
1 public boolean containsValue(Object value) { 2 if (value == null) 3 return containsNullValue(); 4 5 Entry[] tab = table; 6 for (int i = 0; i < tab.length ; i++) 7 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 8 if (value.equals(e.value)) 9 return true; 10 return false; 11 } 12 private boolean containsNullValue() { 13 Entry[] tab = table; 14 for (int i = 0; i < tab.length ; i++) 15 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 16 if (e.value == null) 17 return true; 18 return false; 19 }
判断一个value是否存在比判断key是否存在还要简单，就是遍历所有元素判断是否有相等的值。这里分为两种情况处理，value为null何不为null的情况，但内容差不多，只是判断相等的方式不同。
这个判断是否存在必须遍历所有元素，是一个双重循环的过程，因此是比较耗时的操作。
接着看HashMap中“删除”相关的操作，有remove(Object key)和clear()两个方法。
remove(Object key)
1 public V remove(Object key) { 2 Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key); 3 return (e == null ? null : e.value); 4 }
看这个方法，removeEntryKey(key)的返回结果应该是被移除的元素，如果不存在这个元素则返回为null。remove方法根据removeEntryKey返回的结果e是否为null返回null或e.value。
removeEntryForKey(Object key)
1 final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) { 2 int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode()); 3 int i = indexFor(hash, table.length); 4 Entry<K,V> prev = table[i]; 5 Entry<K,V> e = prev; 6 7 while (e != null) { 8 Entry<K,V> next = e.next; 9 Object k; 10 if (e.hash == hash && 11 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) { 12 modCount++; 13 size--; 14 if (prev == e) 15 table[i] = next; 16 else 17 prev.next = next; 18 e.recordRemoval(this); 19 return e; 20 } 21 prev = e; 22 e = next; 23 } 24 25 return e; 26 }
上面的这个过程就是先找到table数组中对应的索引，接着就类似于一般的链表的删除操作，而且是单向链表删除节点，很简单。在C语言中就是修改指针，这个例子中就是将要删除节点的前一节点的next指向删除被删除节点的next即可。
clear()
1 public void clear() { 2 modCount++; 3 Entry[] tab = table; 4 for (int i = 0; i < tab.length; i++) 5 tab[i] = null; 6 size = 0; 7 }
clear()方法删除HashMap中所有的元素，这里就不用一个个删除节点了，而是直接将table数组内容都置空，这样所有的链表都已经无法访问，Java的垃圾回收机制会去处理这些链表。table数组置空后修改size为0。
这里为什么不直接操作table而是通过tab呢？希望有知道的大侠指点一二。
主要方法看的差不多了，接着看一个上面提到了好几次但是都搁在一边没有分析的方法：entrySet()。
entrySet()
1 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 2 return entrySet0(); 3 } 4 5 private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() { 6 Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet; 7 return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet()); 8 }
为什么会有这样的方法，只是调用了一下entrySet0，而且entrySet0的名称看着就很奇怪。再看entrySet0方法中为什么不直接return entrySet!=null?entrySet:(entrySet = new EntrySet)呢？
上面的疑问还没解开，但是先看entrySet这个属性吧，在文章开头的属性定义中并没有给出这个属性，下面先看一下它的定义：
1 private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
它是一个内容为Map.Entry<K,V>的Set。看看在哪些地方往里面添加了元素。
为什么上面的那句话我要把它标成红色？因为这是一个陷阱，在看代码的时候我就陷进去了。
仔细看EntrySet这个类。
1 private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 2 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 3 return newEntryIterator(); 4 } 5 public boolean contains(Object o) { 6 if (!(o instanceof Map.Entry)) 7 return false; 8 Map.Entry<K,V> e = (Map.Entry<K,V>) o; 9 Entry<K,V> candidate = getEntry(e.getKey()); 10 return candidate != null && candidate.equals(e); 11 } 12 public boolean remove(Object o) { 13 return removeMapping(o) != null; 14 } 15 public int size() { 16 return size; 17 } 18 public void clear() { 19 HashMap.this.clear(); 20 } 21 }
看到了什么？这个类根本就没属性，它只是个代理。因为它内部类，可以访问外部类的内容，debug的时候能看到的属性都是继承或者外部类的属性，输出的时候其实也是调用到了父类的toString方法将HashMap中的内容输出了。
keySet()
1 public Set<K> keySet() { 2 Set<K> ks = keySet; 3 return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet())); 4 }
是不是和entrySet0()方法很像！
1 private final class KeySet extends AbstractSet<K> { 2 public Iterator<K> iterator() { 3 return newKeyIterator(); 4 } 5 public int size() { 6 return size; 7 } 8 public boolean contains(Object o) { 9 return containsKey(o); 10 } 11 public boolean remove(Object o) { 12 return HashMap.this.removeEntryForKey(o) != null; 13 } 14 public void clear() { 15 HashMap.this.clear(); 16 } 17 }
同样是个代理类，contains、remove、clear方法都是调用的HashMap的方法。
values()
1 public Collection<V> values() { 2 Collection<V> vs = values; 3 return (vs != null ? vs : (values = new Values())); 4 } 5 6 private final class Values extends AbstractCollection<V> { 7 public Iterator<V> iterator() { 8 return newValueIterator(); 9 } 10 public int size() { 11 return size; 12 } 13 public boolean contains(Object o) { 14 return containsValue(o); 15 } 16 public void clear() { 17 HashMap.this.clear(); 18 } 19 }
values()方法也一样是代理。只是Values类继承自AbstractCollention类，而不是AbstractSet。
还有一个重要的内容没有进行说明，那就是迭代器。HashMap中的entrySet()、keySet()、values()等方法都使用到了迭代器Iterator的知识。其他集合类也有使用到迭代器，将另写博文总结讨论集合类的迭代器。
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