??? HashMap 是基于哈希表的 Map 接口的非同步實現。此實現提供所有可選的映射操作，并允許使用 null 值和 null 鍵。此類不保證映射的順序，特別是它不保證該順序恒久不變。

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2.??? HashMap 的數據結構：

??? 在 java 編程語言中，最基本的結構就是兩種，一個是數組，另外一個是模擬指針（引用），所有的數據結構都可以用這兩個基本結構來構造的， HashMap 也不例外。 HashMap 實際上是一個“鏈表散列”的數據結構，即數組和鏈表的結合體。

?? 從上圖中可以看出， HashMap 底層就是一個數組結構，數組中的每一項又是一個鏈表。當新建一個 HashMap 的時候，就會初始化一個數組。

?? 源碼如下：

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?? 可以看出， Entry 就是數組中的元素，每個 ? Map.Entry ? 其實就是一個 key-value 對，它持有一個指向下一個元素的引用，這就構成了鏈表。

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3.??? HashMap 的存取實現：

?? 1) 存儲：

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?? 從上面的源代碼中可以看出：當我們往 HashMap 中 put 元素的時候，先根據 key 的 hashCode 重新計算 hash 值，根據 hash 值得到這個元素在數組中的位置（即下標），如果數組該位置上已經存放有其他元素了，那么在這個位置上的元素將以鏈表的形式存放，新加入的放在鏈頭，最先加入的放在鏈尾。如果數組該位置上沒有元素，就直接將該元素放到此數組中的該位置上。

?? ? addEntry(hash, key, value, i) 方法根據計算出的 hash 值，將 key-value 對放在數組 table 的 i 索引處。 addEntry ? 是 ? HashMap ? 提供的一個包訪問權限的方法，代碼如下：

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?? 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。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。

?? ? hash(int h) 方法根據 key 的 hashCode 重新計算一次散列。此算法加入了高位計算，防止低位不變，高位變化時，造成的 hash 沖突。

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?? 我們可以看到在 HashMap 中要找到某個元素，需要根據 key 的 hash 值來求得對應數組中的位置。如何計算這個位置就是 hash 算法。前面說過 HashMap 的數據結構是數組和鏈表的結合，所以我們當然希望這個 HashMap 里面的 ? 元素位置盡量的分布均勻些，盡量使得每個位置上的元素數量只有一個，那么當我們用 hash 算法求得這個位置的時候，馬上就可以知道對應位置的元素就是我們要的，而不用再去遍歷鏈表，這樣就大大優化了查詢的效率。

?? ? 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。我們首先想到的就是把 hash 值對數組長度取模運算，這樣一來，元素的分布相對來說是比較均勻的。但是， “ 模 ” 運算的消耗還是比較大的，在 HashMap 中是這樣做的：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：

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?? 這個方法非常巧妙，它通過 ? h & (table.length -1) ? 來得到該對象的保存位，而 HashMap 底層數組的長度總是 ? 2 ? 的 ? n ? 次方，這是 HashMap 在速度上的優化。在 ? HashMap ? 構造器中有如下代碼：

?? 這段代碼保證初始化時 HashMap 的容量總是 2 的 n 次方，即底層數組的長度總是為 2 的 n 次方。

當 length 總是 ? 2 ? 的 n 次方時， h& (length-1) 運算等價于對 length 取模，也就是 h%length ，但是 & 比 % 具有更高的效率。

?? ? 這看上去很簡單，其實比較有玄機的，我們舉個例子來說明：

?? ? 假設數組長度分別為 15 和 16 ，優化后的 hash 碼分別為 8 和 9 ，那么 & 運算后的結果如下：

?????? ? h & (table.length-1) ??? ? ????????? ? ????? ? hash ???? ? ?????????????????????? ? table.length-1

?????? ? 8 & (15-1) ： ???????????????????????????????? ? 0100 ? ? ???? ? ??????????? ? &? ? ???????????? 1110? ????????????????? ? = ? ????????????? ? 0100

? ???? ? 9 & (15-1) ： ???????????????????????????????? ? 0101 ?????????????????? ? & ?????????????? 1110 ????????????????? ? = ??????????????? ? 0100

?????? ? -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

?????? 8 & (16-1) ： ???????????????????????????????? ? 0100 ?????????????????? ? & ? ???????????? ? 1111 ?????????????????? ? = ??????????????? ? 0100

?????? 9 & (16-1) ： ???????????????????????????????? ? 0101 ?????????????????? ? & ? ???????????? ? 1111 ?????????????????? ? = ??????????????? ? 0101

??

?? ? 從上面的例子中可以看出：當它們和 15-1 （ 1110 ） “ 與 ” 的時候，產生了相同的結果，也就是說它們會定位到數組中的同一個位置上去，這就產生了碰撞， 8 和 9 會被放到數組中的同一個位置上形成鏈表，那么查詢的時候就需要遍歷這個鏈 ? 表，得到 8 或者 9 ，這樣就降低了查詢的效率。同時，我們也可以發現，當數組長度為 15 的時候， hash 值會與 15-1 （ 1110 ）進行 “ 與 ” ，那么 ? 最后一位永遠是 0 ，而 0001 ， 0011 ， 0101 ， 1001 ， 1011 ， 0111 ， 1101 這幾個位置永遠都不能存放元素了，空間浪費相當大，更糟的是這種情況中，數組可以使用的位置比數組長度小了很多，這意味著進一步增加了碰撞的幾率，減慢了查詢的效率！而當數組長度為 16 時，即為 2 的 n 次方時， 2 ⁿ -1 得到的二進制數的每個位上的值都為 1 ，這使得在低位上 & 時，得到的和原 hash 的低位相同，加之 hash(int h) 方法對 key 的 hashCode 的進一步優化，加入了高位計算，就使得只有相同的 hash 值的兩個值才會被放到數組中的同一個位置上形成鏈表。

???

?? ? 所以說，當數組長度為 2 的 n 次冪的時候，不同的 key 算得得 index 相同的幾率較小，那么數據在數組上分布就比較均勻，也就是說碰撞的幾率小，相對的，查詢的時候就不用遍歷某個位置上的鏈表，這樣查詢效率也就較高了。

?? ? 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。

?? 2) ? 讀?。?

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?? 有了上面存儲時的 hash 算法作為基礎，理解起來這段代碼就很容易了。從上面的源代碼中可以看出：從 HashMap 中 get 元素時，首先計算 key 的 hashCode ，找到數組中對應位置的某一元素，然后通過 key 的 equals 方法在對應位置的鏈表中找到需要的元素。

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?? 3) ? 歸納起來簡單地說， HashMap ? 在底層將 ? key-value ? 當成一個整體進行處理，這個整體就是一個 ? Entry ? 對象。 HashMap ? 底層采用一個 ? Entry[] ? 數組來保存所有的 ? key-value ? 對，當需要存儲一個 ? Entry ? 對象時，會根據 hash 算法來決定其在數組中的存儲位置，在根據 equals 方法決定其在該數組位置上的鏈表中的存儲位置；當需要取出一個 Entry 時，也會根據 hash 算法找到其在數組中的存儲位置，再根據 equals 方法從該位置上的鏈表中取出該 Entry 。

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4.??? HashMap 的 resize （ rehash ）：

?? ? 當 HashMap 中的元素越來越多的時候， hash 沖突的幾率也就越來越高，因為數組的長度是固定的。所以為了提高查詢的效率，就要對 HashMap 的數組進行擴容，數組擴容這個操作也會出現在 ArrayList 中，這是一個常用的操作，而在 HashMap 數組擴容之后，最消耗性能的點就出現了：原數組中的數據必須重新計算其在新數組中的位置，并放進去，這就是 resize 。

?? ? 那么 HashMap 什么時候進行擴容呢？當 HashMap 中的元素個數超過數組大小 *loadFactor 時，就會進行數組擴容， loadFactor 的默認值為 0.75 ，這是一個折中的取值。也就是說，默認情況下，數組大小為 16 ，那么當 HashMap 中元素個數超過 16*0.75=12 的時候，就把數組的大小擴展為 ? 2*16=32 ，即擴大一倍，然后重新計算每個元素在數組中的位置，而這是一個非常消耗性能的操作，所以如果我們已經預知 HashMap 中元素的個數，那么預設元素的個數能夠有效的提高 HashMap 的性能。

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