前言：
正值金九银十的黄金招聘期，大家都准备好了吗？HashMap是程序员面试必问的一个知识点，其内部的基本实现原理是每一位面试者都应该掌握的，只有真正地掌握了 HashMap的内部实现原理，面对面试官的拷问，才不会手忙脚乱，只有经历面试官的狂轰滥炸才能够凝练自己的知识。本篇文章结合丰富的图文形式，将帮助大家理解JDK7 版本的 HashMap基础及其实现原理。
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一、 HashMap介绍
HashMap简介:
HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。
HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap 的实现不是同步的，这意味着它不是线程安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射不是有序的。
HashMap 的实例有两个参数影响其性能：“初始容量” 和 “加载因子”。容量 是哈希表中桶的数量，初始容量 只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时，则要对该哈希表进行rehash 操作（即重建内部数据结构），从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
通常，默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查询成本（在大多数 HashMap 类的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。在设置初始容量时应该考虑到映射中所需的条目数及其加载因子，以便最大限度地减少 rehash 操作次数。如果初始容量大于最大条目数除以加载因子，则不会发生 rehash 操作。
HashMap的继承关系:
HashMap与Map关系如下图：
HashMap的构造函数
HashMap共有4个构造函数,如下：
// 默认构造函数。
HashMap()
// 指定“容量大小”的构造函数
HashMap(int capacity)
// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
HashMap(int capacity, float loadFactor)
// 包含“子Map”的构造函数
HashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)
二、JDK7 中 HashMap 底层原理
HashMap 在 JDK7 或者 JDK8 中采用的基本存储结构都是数组+链表形式。本节主要是研究 HashMap 在 JDK7 中的底层实现，其基本结构图如下所示：
上图中左边橙色区域是哈希表，右边蓝色区域为链表，链表中的元素类型为 Entry，它包含四个属性分别是：
- K key
- V value
- int hash
- Entry next
那么为什么会出现数组+链表形式的存储结构呢？这里简单地阐述一下，我们在使用 HashMap.put(“Key”, “Value”)方法存储数据的时候，底层实际是将 key 和 value 以 Entry的形式存储到哈希表中，哈希表是一个数组，那么它是如何将一个 Entry 对象存储到数组中呢？是如何确定当前 key 和 value 组成的 Entry 该存到数组的哪个位置上，换句话说是如何确定 Entry 对象在数组中的索引的呢？通常情况下，我们在确定数组的时候，都是在数组中挨个存储数据，直到数组全满，然后考虑数组的扩容，而 HashMap 并不是这么操作的。在 Java 及大多数面向对象的编程语言中，每个对象都有一个整型变量 hashcode，这个 hashcode 是一个很重要的标识，它标识着不同的对象，有了这个 hashcode，那么就很容易确定 Entry 对象的下标索引了，在 Java 语言中，可以理解 hashcode 转化为数组下标是按照数组长度取模运算的，基本公式如下所示：
int index = HashCode(key) % Array.length
实际上，在 JDK 中哈希函数并没有直接采取取模运算，而是利用了位运算的方式来提高性能，在这里我们理解为简单的取模运算。 我们知道了对 Key 进行哈希运算然后对数组长度进行取模就可以得到当前 Entry 对象在数组中的下标，那么我们可以一直调用 HashMap 的 put 方法持续存储数据到数组中。但是存在一种现象，那就是根据不同的 Key 计算出来的结果有可能会完全相同，这种现象叫作“哈希冲突”。既然出现了哈希冲突，那么发生冲突的这个数据该如何存储呢？哈希冲突其实是无法避免的一个事实，既然无法避免，那么就应该想办法来解决这个问题，目前常用的方法主要是两种，一种是开放寻址法，另外一种是链表法。 开放寻址法是原理比较简单，就是在数组里面“另谋高就”，尝试寻找下一个空档位置。而链表法则不是寻找下一个空档位置，而是继续在当前冲突的地方存储，与现有的数据组成链表，以链表的形式进行存储。HashMap 的存储形式是数组+链表就是采用的链表法来解决哈希冲突问题的。具体的详细说明请继续往下看。 在日常开发中，开发者对于 HashMap 使用的最多的就是它的构造方法、put 方法以及 get 方法了，下面就开始详细地从这三个方法出发，深入理解 HashMap 的实现原理。
三、HashMap put、get 方法流程图
这里提供一个 HashMap 的 put 方法存储数据的流程图供读者参考：
这里提供一个 HashMap 的 get 方法获取数据的流程图供读者参考：
上面中 get 流程图画得稍微比正常的要复杂一些，只是为了描述流程更加清晰。
四、常见的 HashMap 的迭代方式
在实际开发过程中，我们对于 HashMap 的迭代遍历也是常见的操作，HashMap 的迭代遍历常用方式有如下几种：
- 方式一：迭代器模式
Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
Iterator<Map.Entry<String, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
Map.Entry<String, String> next = iterator.next();
System.out.println(next.getKey() + ":" + next.getValue());
}
- 方式二：遍历 Set>方式
Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
for (Map.Entry<String, String> entry : map.entrySet()) {
System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
}
- 方式三：forEach 方式（JDK8 特性，lambda）
Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
map.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ":" + value));
- 方式四：keySet 方式
Map<String, String> map = new HashMap<>(16);
Iterator<String> keyIterator = map.keySet().iterator();
while (keyIterator.hasNext()) {
String key = keyIterator.next();
System.out.println(key + ":" + map.get(key));
}
把这四种方式进行比较，前三种其实属于同一种，都是迭代器遍历方式，如果要同时使用到 key 和 value，推荐使用前三种方式，如果仅仅使用到 key，那么推荐使用第四种。
五、总结
本文着重讲解了 JDK7 中 HashMap 的具体实现原理，相信读者仔细品读以后，对 JDK7 中的 HashMap 的实现会有一个清晰地认识，JDK7 中的 HashMap 的实现原理属于经典实现，不管 JDK7 是否已经再被使用，但是其基本原理还是值得学习！后续将继续讲解 JDK8 中的 HashMap实现原理，届时将对比 JDK7，帮助读者掌握两者之间的共性和差异！
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