本文將通過如下簡單的程式碼來分析HashMap的內部資料結構的變化過程。
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> map = new HashMap<>();
for (int i = 0; i < 50; i++) {
map.put("key" + i, "value" + i);
}
}
複製程式碼1 資料結構說明
HashMap中本文需要用到的幾個欄位如下：
下面說明一下幾個欄位的含義
1）table
// HashMap內部使用這個陣列儲存所有鍵值對
transient Node<K,V>[] table;
複製程式碼Node的結構如下：
2）size
記錄了HashMap中鍵值對的數量
3）modCount
記錄了HashMap在結構上更改的次數，包括可以更改鍵值對數量的操作，例如put、remove，還有可以修改內部結構的操作，例如rehash。
4）threshold
記錄一個臨界值，當已儲存鍵值對的個數大於這個臨界值時，需要擴容。
5）loadFactor
負載因子，通常用於計算threshold，threshold=總容量*loadFactor。
2.new HashMap
new HashMap的原始碼如下：
/**
* The load factor used when none specified in constructor.
* 負載因子，當 已使用容量 > 總容量 * 負載因子 時，需要擴容
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
複製程式碼此時，HashMap只初始化了負載因子（使用預設值0.75），並沒有初始化table陣列。 其實HashMap使用的是延遲初始化策略，當第一次put的時候，才初始化table（此時table是null）。
3.table陣列的初始化
當第一次put的時候，HashMap會判斷當前table是否為空，如果是空，會呼叫resize方法進行初始化。 resize方法會初始化一個容量大小為16 的陣列，並賦值給table。 並計算threshold=16*0.75=12。 此時table陣列的狀態如下：
4.put過程
map.put("key0", "value0");
複製程式碼首先計算key的hash值，hash("key0") = 3288451 計算這次put要存入陣列位置的索引值：index=(陣列大小 - 1) & hash = 3 判斷 if (table[index] == null) 就new一個Node放到這裡，此時為null，所以直接new Node放到3上，此時table如下：
繼續put。。。
map.put("key1", "value1");
複製程式碼
map.put("key1", "value1");
map.put("key2", "value2");
map.put("key3", "value3");
map.put("key4", "value4");
map.put("key5", "value5");
map.put("key6", "value6");
map.put("key8", "value7");
map.put("key9", "value9");
map.put("key10", "value10");
map.put("key11", "value11");
複製程式碼
map.put("key12", "value12");
複製程式碼計算Key的hash值，hash("key12")=101945043，計算要存入table位置的索引值 = (總大小 - 1) & hash = (16 - 1) & 101945043 = 3 從目前的table狀態可知，table[3] != null，但此時要put的key與table[3].key不相等，我們必須要把他存進去，此時就產生了雜湊衝突（雜湊碰撞）。
這時連結串列就派上用場了，HashMap就是通過連結串列解決雜湊衝突的。 HashMap會建立一個新的Node，並放到table[3]連結串列的最後面。 此時table狀態如下：
5.resize擴容
此時table中一共有13個元素，已經超過了threshold(12)，需要對table呼叫resize方法擴容。 HashMap會建立一個容量為之前兩倍(162=32)的table，並將舊的Node複製到新的table中，新的臨界值(threshold)為24(320.75)。
下面主要介紹一下複製的過程（並不是原封不動的複製，Node的位置可能發生變化）
先來看原始碼：
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) { // oldCap：舊table的大小 =16
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) { // oldTab：舊table的備份
oldTab[j] = null;
// 如果陣列中的元素沒有後繼節點，直接計算新的索引值，並將Node放到新陣列中
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
// 忽略這個else if。其實，如果連結串列的長度超過8，HashMap會把這個連結串列變成一個樹結構，樹結構中的元素是TreeNode
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
// 有後繼節點的情況
else { // preserve order
Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
Node<K,V> next;
do {
next = e.next;
// 【說明1】
if ((e.hash & oldCap) == 0) {
if (loTail == null)
loHead = e;
else
loTail.next = e;
loTail = e;
}
else {
if (hiTail == null)
hiHead = e;
else
hiTail.next = e;
hiTail = e;
}
} while ((e = next) != null);
if (loTail != null) {
loTail.next = null;
newTab[j] = loHead;
}
if (hiTail != null) {
hiTail.next = null;
//【說明2】
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
複製程式碼【說明1】遍歷連結串列，計算連結串列每一個節點在新table中的位置。
計算位置的方式如下：
1）如果節點的 (hash & oldCap) == 0，那麼該節點還在原來的位置上，為什麼呢？
因為oldCap=16，二進位制的表現形式為0001 0000，任何數&16，如果等於0，那麼這個數的第五個二進位制位必然為0。
以當前狀態來說，新的容量是32，那麼table的最大index是31，31的二進位制表現形式是00011111。 計算index的方式是 hash & (容量 - 1)，也就是說，新index的計算方式為 hash & (32 - 1) 假設Node的hash = 01101011，那麼
01101011
& 00011111
----------
00001011 = 11
複製程式碼2）下面再對比(hash & oldCap) != 0的情況
如果節點的(hash & oldCap) != 0，那麼該節點的位置=舊index + 舊容量大小
假設Node的hash = 01111011，那麼
01111011
& 00011111
----------
00011011 = 27
複製程式碼上一個例子的hash值01101011跟這個例子的hash值01111011只是在第5位二進位制上不同，可以發現，這兩個值在舊的table中，是在同一個index中的，如下：
01101011
& 00001111
----------
00001011 = 11
複製程式碼 01111011
& 00001111
----------
00001011 = 11
複製程式碼由於擴容總是以2倍的方式進行，也就是：舊容量 << 1，這也就解釋了【說明2】，當(hash & oldCap) != 0時，這個Node的新index = 舊index + 舊容量大小。
擴容後，table狀態如下所示：
