1. HashMap的資料結構

資料結構中有陣列和連結串列來實現對資料的儲存，但這兩者基本上是兩個極端。

      陣列

陣列儲存區間是連續的，佔用記憶體嚴重，故空間複雜的很大。但陣列的二分查詢時間複雜度小，為O(1)；陣列的特點是：定址容易，插入和刪除困難；

連結串列

連結串列儲存區間離散，佔用記憶體比較寬鬆，故空間複雜度很小，但時間複雜度很大，達O（N）。連結串列的特點是：定址困難，插入和刪除容易。

雜湊表

那麼我們能不能綜合兩者的特性，做出一種定址容易，插入刪除也容易的資料結構？答案是肯定的，這就是我們要提起的雜湊表。雜湊表（(Hash table）既滿足了資料的查詢方便，同時不佔用太多的內容空間，使用也十分方便。

　　雜湊表有多種不同的實現方法，我接下來解釋的是最常用的一種方法—— 拉鍊法，我們可以理解為“連結串列的陣列” ，如圖：

　　從上圖我們可以發現雜湊表是由陣列+連結串列組成的，一個長度為16的陣列中，每個元素儲存的是一個連結串列的頭結點。那麼這些元素是按照什麼樣的規則儲存到陣列中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的雜湊值對陣列長度取模得到。比如上述雜湊表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都儲存在陣列下標為12的位置。

　　HashMap其實也是一個線性的陣列實現的,所以可以理解為其儲存資料的容器就是一個線性陣列。這可能讓我們很不解，一個線性的陣列怎麼實現按鍵值對來存取資料呢？這裡HashMap有做一些處理。

　　首先HashMap裡面實現一個靜態內部類Entry，其重要的屬性有key , value, next，從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap鍵值對實現的一個基礎bean，我們上面說到HashMap的基礎就是一個線性陣列，這個陣列就是Entry[]，Map裡面的內容都儲存在Entry[]裡面。

    /**      * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.      */

    transient Entry[] table;

2. HashMap的存取實現

     既然是線性陣列，為什麼能隨機存取？這裡HashMap用了一個小演算法，大致是這樣實現：

// 儲存時:
int hash = key.hashCode(); // 這個hashCode方法這裡不詳述,只要理解每個key的hash是一個固定的int值
int index = hash % Entry[].length;
Entry[index] = value;

// 取值時:
int hash = key.hashCode();
int index = hash % Entry[].length;
return Entry[index];

1）put

疑問：如果兩個key通過hash%Entry[].length得到的index相同，會不會有覆蓋的危險？

　　這裡HashMap裡面用到鏈式資料結構的一個概念。上面我們提到過Entry類裡面有一個next屬性，作用是指向下一個Entry。打個比方， 第一個鍵值對A進來，通過計算其key的hash得到的index=0，記做:Entry[0] = A。一會後又進來一個鍵值對B，通過計算其index也等於0，現在怎麼辦？HashMap會這樣做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又進來C,index也等於0,那麼C.next = B,Entry[0] = C；這樣我們發現index=0的地方其實存取了A,B,C三個鍵值對,他們通過next這個屬性連結在一起。所以疑問不用擔心。也就是說陣列中儲存的是最後插入的元素。到這裡為止，HashMap的大致實現，我們應該已經清楚了。

 public V put(K key, V value) {         if (key == null)             return putForNullKey(value); //null總是放在陣列的第一個連結串列中         int hash = hash(key.hashCode());         int i = indexFor(hash, table.length);         //遍歷連結串列         for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {             Object k;            //如果key在連結串列中已存在，則替換為新value             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;

    }

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {     Entry<K,V> e = table[bucketIndex];     table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);//引數e, 是Entry.next     //如果size超過threshold，則擴充table大小。再雜湊     if (size++ >= threshold)             resize(2 * table.length); }

　　當然HashMap裡面也包含一些優化方面的實現，這裡也說一下。比如：Entry[]的長度一定後，隨著map裡面資料的越來越長，這樣同一個index的鏈就會很長，會不會影響效能？HashMap裡面設定一個因子，隨著map的size越來越大，Entry[]會以一定的規則加長長度。

2）get

 public V get(Object key) {         if (key == null)             return getForNullKey();         int hash = hash(key.hashCode());         //先定位到陣列元素，再遍歷該元素處的連結串列         for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];              e != null;              e = e.next) {             Object k;             if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))                 return e.value;         }         return null; }

3）null key的存取

null key總是存放在Entry[]陣列的第一個元素。

   private V putForNullKey(V value) {         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {             if (e.key == null) {                 V oldValue = e.value;                 e.value = value;                 e.recordAccess(this);                 return oldValue;             }         }         modCount++;         addEntry(0, null, value, 0);         return null;     }     private V getForNullKey() {         for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {             if (e.key == null)                 return e.value;         }         return null;     }

4）確定陣列index：hashcode % table.length取模

HashMap存取時，都需要計算當前key應該對應Entry[]陣列哪個元素，即計算陣列下標；演算法如下：

   /**      * Returns index for hash code h.      */     static int indexFor(int h, int length) {         return h & (length-1);     } 按位取並，作用上相當於取模mod或者取餘%。 這意味著陣列下標相同，並不表示hashCode相同。

5）table初始大小

  public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {         .....         // Find a power of 2 >= initialCapacity         int capacity = 1;         while (capacity < initialCapacity)             capacity <<= 1;         this.loadFactor = loadFactor;         threshold = (int)(capacity * loadFactor);         table = new Entry[capacity];         init();     }

注意table初始大小並不是建構函式中的initialCapacity！！

而是 >= initialCapacity的2的n次冪！！！！

————為什麼這麼設計呢？——

3. 解決hash衝突的辦法

1. 開放定址法（線性探測再雜湊，二次探測再雜湊，偽隨機探測再雜湊）
2. 再雜湊法
3. 鏈地址法
4. 建立一個公共溢位區

Java中hashmap的解決辦法就是採用的鏈地址法。

4. 再雜湊rehash過程

當雜湊表的容量超過預設容量時，必須調整table的大小。當容量已經達到最大可能值時，那麼該方法就將容量調整到Integer.MAX_VALUE返回，這時，需要建立一張新表，將原表的對映到新表中。

   /**      * Rehashes the contents of this map into a new array with a      * larger capacity.  This method is called automatically when the      * number of keys in this map reaches its threshold.      *      * If current capacity is MAXIMUM_CAPACITY, this method does not      * resize the map, but sets threshold to Integer.MAX_VALUE.      * This has the effect of preventing future calls.      *      * @param newCapacity the new capacity, MUST be a power of two;      *        must be greater than current capacity unless current      *        capacity is MAXIMUM_CAPACITY (in which case value      *        is irrelevant).      */     void resize(int newCapacity) {         Entry[] oldTable = table;         int oldCapacity = oldTable.length;         if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {             threshold = Integer.MAX_VALUE;             return;         }         Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];         transfer(newTable);         table = newTable;         threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);

    }

    /**      * Transfers all entries from current table to newTable.      */     void transfer(Entry[] newTable) {         Entry[] src = table;         int newCapacity = newTable.length;         for (int j = 0; j < src.length; j++) {             Entry<K,V> e = src[j];             if (e != null) {                 src[j] = null;                 do {                     Entry<K,V> next = e.next;                     //重新計算index                     int i = indexFor(e.hash, newCapacity);                     e.next = newTable[i];                     newTable[i] = e;                     e = next;                 } while (e != null);             }         }

    }