HashMap是基於Map的鍵值對對映表，底層是通過陣列、連結串列、紅黑樹（JDK1.8加入）來實現的。
HashMap結構
HashMap中儲存元素，是將key和value封裝成了一個Node，先以一個Node陣列的來儲存，通過key的hashCode來計算hash值，根據hash值和HashMap的大小確定存入元素在陣列中的位置。當hashCode相同時，即產生了相同的陣列索引位置，那麼就會通過單向連結串列的形式來繼續儲存。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
// 省略部分程式碼...
}複製程式碼HashMap中所有的對映都儲存在節點Node中，同時為了解決發生hash碰撞的衝突，節點可以持有下一個節點的引用，以形成一個單向連結串列。
在JDK1.8，HashMap又做了一些改動，當陣列table某個索引位置的上鍊表的長度大於8的話，則會將連結串列轉化為紅黑樹。
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V> {
TreeNode<K,V> parent; // red-black tree links
TreeNode<K,V> left;
TreeNode<K,V> right;
TreeNode<K,V> prev; // needed to unlink next upon deletion
boolean red;
TreeNode(int hash, K key, V val, Node<K,V> next) {
super(hash, key, val, next);
}
// 省略部分程式碼...
}複製程式碼同樣地，對映的key-value就儲存在TreeNode中。parent、left、right持有相應節點的引用形成紅黑樹。
HashMap原始碼分析
主要屬性：
transient Node<K,V>[] table; // 陣列
transient int size; // 大小
int threshold // 擴容閾值
final float loadFactor; // 載入因子，預設值為0.75複製程式碼構造方法：
// 使用預設的初始容量和載入因子
public HashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 指定初始容量，使用預設的載入因子
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
// 用現有的Map來構造一個新的HashMap
public HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
putMapEntries(m, false);
}
// 根據自定義的初始容量和載入因子來構造HashMap
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) {
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
} else if (initialCapacity < DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) {
initialCapacity = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
}
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
threshold = initialCapacity;
init();
}複製程式碼建構函式主要是設定HashMap的初始容量，以及擴容的載入因子。HashMap(Map<? extends K, ? extends V> m)建構函式根據已有的對映來構造新的HashMap，它同樣採用的預設的載入因子，並將m中的元素新增到新構造的HashMap中。
資料存放：
public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) {
putMapEntries(m, true);
}
final void putMapEntries(Map<? extends K, ? extends V> m, boolean evict) {
int s = m.size();
if (s > 0) {
if (table == null) { // pre-size
float ft = ((float)s / loadFactor) + 1.0F;
int t = ((ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY) ?
(int)ft : MAXIMUM_CAPACITY);
if (t > threshold)
threshold = tableSizeFor(t);
}
else if (s > threshold)
resize();
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) {
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
putVal(hash(key), key, value, false, evict);
}
}
}複製程式碼putAll方法直接呼叫putMapEntries。putMapEntries方法中先根據已有的Map中的元素數量對新構造的HashMap進行擴容，然後遍歷舊的Map，取出元素存放到新的HashMap中。
// 存放key-value
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
// 根據key的hashCode來計算hash值
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
// table為null的話，進行初始化
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
// 根據（n-1）&hash來計算出元素在陣列中的位置i
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
// 如果陣列中該位置沒有元素，即tab[i]==null,則直接構建Node存放在該位置
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else { // tab[i]不為null
Node<K,V> e; K k;
// 如果陣列中已有的節點tab[i]與需要新存入的元素的key相同，則直接替換掉tab[i]
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
// 如果tab[i]為紅黑樹節點，則直接存入紅黑樹
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
// tab[i]為連結串列的第一個節點，遍歷連結串列，將新的節點加入到連結串列的末尾
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
// 如果連結串列的長度大於閾值，則將連結串列轉換為紅黑樹
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
// 如果連結串列中存在與新加入的元素key相同，則直接替換掉
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;
// 新增完成後，檢查是否需要擴容
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}複製程式碼put方法的主要邏輯：根據新增節點的hash值計算計算它在陣列中的位置i，判斷tab[i]是否為空，為空則直接加入；不為空的話，需要判斷該節點的key是否與新加入的節點的key相同，相同的話直接替換；如果不同則需要判斷tab[i]節點是否是紅黑樹節點，如果是紅黑樹節點，則直接加入到紅黑樹中；如果不是紅黑樹節點，那肯定就是連結串列的第一個節點了，遍歷連結串列，在遍歷的過程中還需要判斷是否與連結串列中已有節點的key相同，如果相同，同樣直接替換掉，都不同的話就直接新增到連結串列的末尾。並且呢，加入連結串列後還需要判斷連結串列的長度是否超過了閾值8，超過了的話，需要將連結串列轉換為紅黑樹。
HashMap在新增資料的時候，會判斷當前資料量是否超過設定的閾值，如果超過的話會進行擴容，在擴容過程中會將已新增的資料進行重新新增，以致原來新增元素的順序和位置都改變了，所以HashMap不能保證元素的存入取出順序。
刪除資料：
// 根據key刪除資料
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
// 根據key-value刪除資料
@Override
public boolean remove(Object key, Object value) {
return removeNode(hash(key), key, value, true, true) != null;
}
// 刪除節點
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
// 根據hash值得到陣列索引位置的節點p
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
// p節點的key與需要刪除的節點的key相同的話，則說明p就是需要刪除的節點
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p; // 賦值給node
else if ((e = p.next) != null) {
if (p instanceof TreeNode)
// p節點為紅黑樹節點，從紅黑樹中獲取匹配的刪除節點
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key);
else {
// p節點為連結串列的第一個節點，遍歷連結串列，找到匹配的刪除節點
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
// 匹配的刪除節點node不為null的話，刪除node
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value ||
(value != null && value.equals(v)))) {
if (node instanceof TreeNode)
// 從紅黑樹中刪除
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable);
else if (node == p)
// 從陣列中刪除
tab[index] = node.next;
else
// 從連結串列中刪除
p.next = node.next;
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}複製程式碼remove的邏輯和加入元素的邏輯相似，依次從陣列、紅黑樹、連結串列中找到匹配的刪除節點來刪除。
clear方法：
public void clear() {
Node<K,V>[] tab;
modCount++;
if ((tab = table) != null && size > 0) {
size = 0;
for (int i = 0; i < tab.length; ++i)
tab[i] = null;
}
}複製程式碼clear方法要簡單些，直接遍歷陣列tab，將陣列中所有元素都置空即可。
最後
對於HashMap，我們只要知道了它的底層結構，要理解它的實現原理還是非常簡單。在JDK1.8之後，加入了紅黑樹的結構，使HashMap的效率比之前的版本又優化了很多，關於連結串列轉化為紅黑樹，以及紅黑樹轉連結串列的具體實現等細節後續再做分析。