本文來自：高爽|Coder，原文地址：http://blog.csdn.net/ghsau/article/details/16843543，轉載請註明。
       HashMap可以說是Java中最常用的集合類框架之一，是Java語言中非常典型的資料結構，我們總會在不經意間用到它，很大程度上方便了我們日常開發。在很多Java的筆試題中也會被問到，最常見的，“HashMap和HashTable有什麼區別？”，這也不是三言兩語能說清楚的，這種筆試題就是考察你來筆試之前有沒有複習功課，隨便來個快餐式的複習就能給出簡單的答案。
       HashMap計劃寫兩篇文章，一篇是HashMap工作原理，也就是本文，另一篇是多執行緒下的HashMap會引發的問題。這一年文章寫的有點少，工作上很忙，自己業餘時間也做點東西，就把部落格的時間佔用了，以前是力保一週一篇文章，有點給自己任務的意思，搞的自己很累，文章質量也不高，有時候寫技術文章也是需要靈感的，為了舉一個例子可能要絞盡腦汁，為了一段程式碼可能要驗證好多次，現在想通了，有靈感再寫，需要一定的積累，才能把自己瞭解的知識點總結歸納成文章。
       言歸正傳，瞭解HashMap之前，我們需要知道Object類的兩個方法hashCode和equals，我們先來看一下這兩個方法的預設實現：

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1. /** JNI，呼叫底層其它語言實現 */
2. publicnativeint hashCode();  
3. /** 默認同==，直接比較物件 */
4. publicboolean equals(Object obj) {  
5.     return (this == obj);  
6. }  

       equals方法我們太熟悉了，我們經常用於字串比較，String類中重寫了equals方法，比較的是字串值，看一下原始碼實現： [java] view plain copy  print?

1. publicboolean
    equals(Object anObject) {  
2.     if (this == anObject) {  
3.         returntrue;  
4.     }  
5.     if (anObject instanceof String) {  
6.         String anotherString = (String) anObject;  
7.         int n = value.length;  
8.         if (n == anotherString.value.length) {  
9.             char v1[] = value;  
10.             char
     v2[] = anotherString.value;  
11.             int i = 0;  
12.             // 逐個判斷字元是否相等
13.             while (n-- != 0) {  
14.                 if (v1[i] != v2[i])  
15.                         returnfalse;  
16.                 i++;  
17.             }  
18.             returntrue;  
19.         }  
20.     }  
21.     returnfalse;  
22. }  

       重寫equals要滿足幾個條件：

• 自反性：對於任何非空引用值 x，x.equals(x) 都應返回 true。 
• 對稱性：對於任何非空引用值 x 和 y，當且僅當 y.equals(x) 返回 true 時，x.equals(y) 才應返回 true。 
• 傳遞性：對於任何非空引用值 x、y 和 z，如果 x.equals(y) 返回 true，並且 y.equals(z) 返回 true，那麼 x.equals(z) 應返回 true。 
• 一致性：對於任何非空引用值 x 和 y，多次呼叫 x.equals(y) 始終返回 true 或始終返回 false，前提是物件上 equals 比較中所用的資訊沒有被修改。 
• 對於任何非空引用值 x，x.equals(null) 都應返回 false。 

       Object 類的 equals 方法實現物件上差別可能性最大的相等關係；即，對於任何非空引用值 x 和 y，當且僅當 x 和 y 引用同一個物件時，此方法才返回 true（x == y 具有值 true）。 當此方法被重寫時，通常有必要重寫 hashCode 方法，以維護 hashCode 方法的常規協定，該協定宣告相等物件必須具有相等的雜湊碼。        下面來說說hashCode方法，這個方法我們平時通常是用不到的，它是為雜湊家族的集合類框架(HashMap、HashSet、HashTable)提供服務，hashCode 的常規協定是：

• 在 Java 應用程式執行期間，在同一物件上多次呼叫 hashCode 方法時，必須一致地返回相同的整數，前提是物件上 equals 比較中所用的資訊沒有被修改。從某一應用程式的一次執行到同一應用程式的另一次執行，該整數無需保持一致。 
• 如果根據 equals(Object) 方法，兩個物件是相等的，那麼在兩個物件中的每個物件上呼叫 hashCode 方法都必須生成相同的整數結果。 
• 以下情況不 是必需的：如果根據 equals(java.lang.Object) 方法，兩個物件不相等，那麼在兩個物件中的任一物件上呼叫 hashCode 方法必定會生成不同的整數結果。但是，程式設計師應該知道，為不相等的物件生成不同整數結果可以提高雜湊表的效能。

       當我們看到實現這兩個方法有這麼多要求時，立刻凌亂了，幸好有IDE來幫助我們，Eclipse中可以通過快捷鍵alt+shift+s調出快捷選單，選擇Generate hashCode() and equals()，根據業務需求，勾選需要生成的屬性，確定之後，這兩個方法就生成好了，我們通常需要在JavaBean物件中重寫這兩個方法。        好了，這兩個方法介紹完之後，我們回到HashMap。HashMap是最常用的集合類框架之一，它實現了Map介面，所以儲存的元素也是鍵值對對映的結構，並允許使用null值和null鍵，其內元素是無序的，如果要保證有序，可以使用LinkedHashMap。HashMap是執行緒不安全的，下篇文章會討論。HashMap的類結構如下：        HashMap中我們最長用的就是put(K, V)和get(K)。我們都知道，HashMap的K值是唯一的，那如何保證唯一性呢？我們首先想到的是用equals比較，沒錯，這樣可以實現，但隨著內部元素的增多，put和get的效率將越來越低，這裡的時間複雜度是O(n)，假如有1000個元素，put時需要比較1000次。實際上，HashMap很少會用到equals方法，因為其內通過一個雜湊表管理所有元素，雜湊是通過hash單詞音譯過來的，也可以稱為散列表，雜湊演算法可以快速的存取元素，當我們呼叫put存值時，HashMap首先會呼叫K的hashCode方法，獲取雜湊碼，通過雜湊碼快速找到某個存放位置，這個位置可以被稱之為bucketIndex，通過上面所述hashCode的協定可以知道，如果hashCode不同，equals一定為false，如果hashCode相同，equals不一定為true。所以理論上，hashCode可能存在衝突的情況，有個專業名詞叫碰撞，當碰撞發生時，計算出的bucketIndex也是相同的，這時會取到bucketIndex位置已儲存的元素，最終通過equals來比較，equals方法就是雜湊碼碰撞時才會執行的方法，所以前面說HashMap很少會用到equals。HashMap通過hashCode和equals最終判斷出K是否已存在，如果已存在，則使用新V值替換舊V值，並返回舊V值，如果不存在 ，則存放新的鍵值對<K, V>到bucketIndex位置。文字描述有些亂，通過下面的流程圖來梳理一下整個put過程。
       現在我們知道，執行put方法後，最終HashMap的儲存結構會有這三種情況，情形3是最少發生的，雜湊碼發生碰撞屬於小概率事件。到目前為止，我們瞭解了兩件事：

• HashMap通過鍵的hashCode來快速的存取元素。
• 當不同的物件hashCode發生碰撞時，HashMap通過單鏈表來解決，將新元素加入連結串列表頭，通過next指向原有的元素。單鏈表在Java中的實現就是物件的引用(複合)。

       來鑑賞一下HashMap中put方法原始碼： [java] view plain copy  print?

1. public V put(K key, V value) {  
2.     // 處理key為null，HashMap允許key和value為null
3.     if (key == null)  
4.         return putForNullKey(value);  
5.     // 得到key的雜湊碼
6.     int hash = hash(key);  
7.     // 通過雜湊碼計算出bucketIndex
8.     int i = indexFor(hash, table.length);  
9.     // 取出bucketIndex位置上的元素，並迴圈單鏈表，判斷key是否已存在
10.     for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
11.         Object k;  
12.         // 雜湊碼相同並且物件相同時
13.         if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
14.             // 新值替換舊值，並返回舊值
15.             V oldValue = e.value;  
16.             e.value = value;  
17.             e.recordAccess(this);  
18.             return oldValue;  
19.         }  
20.     }  
21.     // key不存在時，加入新元素
22.     modCount++;  
23.     addEntry(hash, key, value, i);  
24.     returnnull;  
25. }  

       到這裡，我們瞭解了HashMap工作原理的一部分，那還有另一部分，如，載入因子及rehash，HashMap通常的使用規則，多執行緒併發時HashMap存在的問題等等，這些會留在下一章說明。