前面的几篇博客分析了List的两种实现ArrayList和LinkedList实现的源码，接下来就是分析Map的几个实现，下面首先分析Map的实现之一 HashMap

HashMap

还是老规矩，先看HashMap的继承体系：

1. HashMap的继承体系

HashMap主要是继承自AbstractMap，实现了Cloneable和Serializable接口使得HashMap具有克隆和序列化的功能、实现了Map接口因此具有Map的性质。

2.HashMap的重要属性：

HashMap和HashTable一样，底层是基于“链表+数组”的结构实现的。

先来看看HashMap里面的重要属性：

//HashMap默认的容量大小16。(HashMap的容量大小只能是2的次幂数)
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
//HashMap的最大容量
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
//默认的HashMap扩容的加载因子，当HashMap的容量使用超过了capacity*loadFactor时就是进行扩容。
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
//这是个共享的空的Table
static final Entry<?,?>[] EMPTY_TABLE = {};
//这个table数组是用来存储HashMap的每个实体的
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
//表示HashMap已经存放的实体的容量
transient int size;
//
int threshold;
//加载因子
final float loadFactor;
//Map修改的次数
transient int modCount;
//
static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE;

其中有个重要的类，也就是Entry

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final K key;//key
    V value;//value
    Entry<K,V> next;//指向下一个结点的指针
    int hash;//hash值

    //构造器，传入Entry的四个属性
    Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
        value = v;
        next = n;//该Entry的后继
        key = k;
        hash = h;
    }

     public final K getKey() {
         return key;
     }

    public final V getValue() {
        return value;
    }

    public final V setValue(V newValue) {
      V oldValue = value;
      value = newValue;
      return oldValue;
    }

    public final boolean equals(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry e = (Map.Entry)o;
        Object k1 = getKey();
        Object k2 = e.getKey();
        if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
            Object v1 = getValue();
            Object v2 = e.getValue();
            if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
                return true;
        }
        return false;
    }

    public final int hashCode() {
        return Objects.hashCode(getKey()) ^ Objects.hashCode(getValue());
    }

    public final String toString() {
        return getKey() + "=" + getValue();
    }

    /** * 当调用put(k,v)存入HashMap中时，如果key已经存在了，就会自动调用该函数 */
    void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
    }

    /** * 当从table中删除实体时会自动调用该方法。 */
    void recordRemoval(HashMap<K,V> m) {
    }
}

看了这个实体Entry的四个属性，大概就能知道Entry组成的是一个单向链表，因为里面只有Entry的后继Entry，而没有Entry的前驱Entry。用图表示应该是这么一个数据结构：

3. HashMap的构造器

当我们使用 new HashMap() 构造对象的时候，默认调用的是：

public HashMap(){
    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}

即使用默认的DEFAULT_INITIAL_CAPACITY初始容量和DEFAULT_LOAD_FACTOR加载因子来调用
HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)，其实当我们使用HashMap(int initialCapacity)来创建一个HashMap对象的时候也不过是指定了初始容量，然后也是调用HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)来new一个HashMap对象。下面看看HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)函数的实现：

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    //校验initialCapacity必须是非负数
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    //设置capacity的上限
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    //校验loadFactor加载因子参数的合法性
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
    //加载因子
    this.loadFactor = loadFactor;
    //threshold表示当HashMap的size大于threshold时会执行resize操作。 
    threshold = initialCapacity;
    init();//这是一个空函数，在LinkedHashMap中会实现这个函数
}

在这个构造函数中我们需要注意的是两点：1.是threshold变量，表示的是当HashMap的size大于threshold时会执行resize操作。 即会进行扩容。2.该构造函数并没有初始化initialCapacity个容量的table表,n那么该table表是在什么时候被初始化的呢？我估计应该是在第一次put(K,V)时新建的table表，也就是使用了所谓的延迟加载。

看到这里我们必须要清楚的概念就是：HashMap的键值对是存储在table数组里面的，table的length属性即是HashMap的capacity属性。HashMap的size属性即时HashMap中已存的数据的容量。

4.五个关注点在HashMap中的答案

HashMap

5.关键函数的解析：

1. put(K key, V value)函数传入键值对到table

先来看源码：

public V put(K key, V value) {
    if (table == EMPTY_TABLE) {
        inflateTable(threshold);
    }
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);

    //先通过key计算出hash值
    int hash = hash(key);
    //根据hash值计算出
    int i = indexFor(hash, table.length);
    for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
        Object k;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }

    modCount++;
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

//扩容table
private void inflateTable(int toSize) {
    // Find a power of 2 >= toSize
    int capacity = roundUpToPowerOf2(toSize);

    threshold = (int) Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
    table = new Entry[capacity];
    initHashSeedAsNeeded(capacity);
}

在put(K,V)函数中首先就是判断table是否为EMPTY_TABLE，如果table是EMPTY_TABLE，表示该HashMap还是空的HashMap,即第一次插入键值对，这个时候就调用
inflateTable(threshold);
来创建默认的table对象，该函数的源码在上面已经给出了。该函数传递一个参数，表示需要创建的table数组的大小。在函数体内部：首先调用roundUpToPowerOf2(toSize);函数，根据toSize获取大于等于toSize的最大的2的n次幂的数。(比如，如果toSize是13，就会返回16即2的4次幂)。在这里顺便提出一点，table数组的容量必须是2的整数次幂的大小。后面会详细解释为什么
后面的就是调用table = new Entry[capacity]; 来初始化capacity容量的数组了。

自此当table表为空时的代码分析完毕，回到put(K,V)函数，我们可知下面继续判断当Key为null时，会直接返回putForNullKey(value);函数的执行结果；这个函数的功能也就是当Key为null时候的操作：

private V putForNullKey(V value) {
    //遍历table[0]位置上的Entry单链表
    for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
        //将所有key为null的结点的value值更新
        if (e.key == null) {
            V oldValue = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    //在table[0]位置创建了新的key为null的结点
    addEntry(0, null, value, 0);
    return null;
}

从上面的源码注释我们可以发现一个question：就是HashMap中，key为null的键值对对象存放在table[0]这个位置的单链表上。
在最后调用了addEntry(0, null, value, 0); 函数来创建新的结点。

/** *hash: hash码 *key： *value： *bucketIndex */
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
        resize(2 * table.length);
        hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
        bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
    }
    createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}

里面实际上也是调用了createEntry(hash, key, value, bucketIndex); 该函数也就是在table[bucketIndex]位置的单链表的采用头插法插入新的元素。

void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    size++;
}

自此，当key为null时的代码也分析完毕了，即是在table[0]的位置保存key为null的Entry结点。

最后分析当table非空，key也非空的情况：
首先调用hash(Object k)，针对key值重新计算hash()值。内部主要是通过k的hashCode()和其余的运算来计算出新的hash().

首先通过hash(Object k) 函数计算出当前key的值；
再调用int i = indexFor(hash, table.length); 计算出当前key存储在table数组中的index值。在table[i]的位置遍历单链表，如果key已经存在过了，就直接更新value就行了，如果不存在就调用addEntry(hash, key, value, i);方法来添加键值对对象。

这里有个点要注意，在addEntry(hash, key, value, i)；时，如果table的capacity不够，会调用resize(2 * table.length);方法来扩容table。

自此put()函数就分析完毕。

2. get(Object key)方法的解析

源码如下

public V get(Object key) {
    //如果key为null就直接遍历table[0]处单链表获取key
    if (key == null)
        return getForNullKey();
    Entry<K,V> entry = getEntry(key);

    return null == entry ? null : entry.getValue();
}

如果key为null就直接遍历table[0]处单链表获取key，否则就直接调用getEntry(key);根据key来回去value值。里面也是根据key计算出hashCode，再计算出table标的索引，然后在table[i]处遍历链表获取key对应的value返回。具体的实现其实就和put()方法完全相反。

3. 最后附上HashMap存储结构的原理的示意图：