HashMap结构
先说结论，HashMap在存储元素时会采用数组+链表的结构，在达到一定条件后，链表会被转换为红黑树（为了在大量冲突下加快检索速度）。
散列表
在看HashMap的代码之前，首先要了解一下散列表的概念，已经了解的同学可以直接跳过。
散列表(hash table)是一种数据结构，它以(key, value)的形式来存储数据，key直接映射到表中的某一个位置，可以加快查找的速度。
举个栗子来说明下普通数组和散列表查找的区别：
现在我需要到一个教室里去找一个叫做张三的人，但是我不能直接大喊一声张三你给我出来。
- 数组不知道张三在哪，从第一个座位开始问：“请问你是张三吗？”，“对不起，我是李四。”，接着继续问第二个座位的人：“请问你是张三吗？”，“我叫王五”，然后数组需要不停的询问，直到问到某个座位上的人，他的名字叫做张三。
- 散列表的做法是，我在他们排座位的时候就事先记录下了所有同学（key）所在的座位号（value），当我需要找张三的时候，看一下手里的座位表，嗯，他在10号座位，直接走过去就找到了他。
散列表需要解决一个问题：冲突，因为可能会存在两个不同的key映射到了表中的相同位置。
解决冲突常用的方法有链接法和开放寻址法，具体可以自己去研究一下，HashMap用的是链接法。
源码
直接看put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
可以看到put方法其实是调用了putVal方法，看一下putVal的方法定义
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict)
需要传入五个参数，第一个为key的hash值（这个是HashMap内部定义的算法处理得到的，不是HashCode），第二个为需要存储的value，第三个参数表示是否改变已经存在的值，最后一个暂时先不管。然后它还有个返回值，是之前的value。这边不理解没关系，看完下面的代码后就懂了。
在看putVal方法内部实现之前，先看一下hash方法，putVal的第一个参数是在put中将key经过hash方法处理后得到的。
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
当key为null的时候返回0（这里注意一下，HashMap的key和value都是可以为null的），不为null则返回将key的hashCode和hashCode无符号右移16后得到的数做异或得到的值（比较绕口...还是看代码比较好理解），这样实际上是将低16位与高16位做异或（无符号右移，高位置0，与0异或为其本身），注释中有提到这样做的原因，是为了减少冲突。
回头再看putVal方法
*/
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
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;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
这个方法内容也不多，可以一行一行慢慢看。
首先定义了一个Node类型的数组和一个Node类型的变量，Node为HashMap中的一个内部类，其中有以下四个成员变量
final int hash;
final K key;
V value;
Node<K,V> next;
前三个不用解释，最后一个学过链表肯定知道是什么意思，是用于指向下一个结点的。如果没学过链表建议先去看一看。
接着往下看
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
这里的table是HashMap的一个成员变量，就是开头说的那个数组，当table为null或者table的长度为0时，会调用resize()方法，看下resize()方法。
/**
* Initializes or doubles table size. If null, allocates in
* accord with initial capacity target held in field threshold.
* Otherwise, because we are using power-of-two expansion, the
* elements from each bin must either stay at same index, or move
* with a power of two offset in the new table.
*
* @return the table
*/
final Node<K,V>[] resize()
从resize()方法的注释中可以知道这是个用来初始化或是扩容的方法，说到扩容就要先看一下HashMap中定义个几个静态常量：
/**
* 默认的数组长度，必须是2的次方（原因后面再讲）
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/**
* 默认数组最大长度。
*/
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
/**
* 默认的加载因子。
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/**
* 当链表中的结点个数大于等于这个值时，链表就会被转换为树。
*/
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
/**
* 当树中的结点小于等于这个值时，树转换为链表。
*/
static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;
/**
* 当HashMap的数组长度到达这个值时，链表才可能会被转换为树。
* 否则，如果链表中有太多的结点，HashMap就会进行扩容。
* 为了避免扩容和树化的冲突，至少应该是TREEIFY_THRESHOLD的4倍。
* （比如在刚开构建HashMap的时候，很多结点都被存在了同一个链表里，那么会选择扩容，而不是树化）
*/
static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;
随便翻译了下官方的注释，可能会有点错误，大概意思应该不会错。
了解这些常量之后，再来看resize()方法
final Node<K,V>[] resize() {
Node<K,V>[] oldTab = table;
int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
int oldThr = threshold;
int newCap, newThr = 0;
if (oldCap > 0) {
if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return oldTab;
}
else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
newThr = oldThr << 1; // double threshold
}
else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
newCap = oldThr;
else { // zero initial threshold signifies using defaults
newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
}
if (newThr == 0) {
float ft = (float)newCap * loadFactor;
newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
(int)ft : Integer.MAX_VALUE);
}
threshold = newThr;
@SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
table = newTab;
if (oldTab != null) {
for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
Node<K,V> e;
if ((e = oldTab[j]) != null) {
oldTab[j] = null;
if (e.next == null)
newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
else if (e instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
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;
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;
newTab[j + oldCap] = hiHead;
}
}
}
}
}
return newTab;
}
resize()方法中最后面的那个if(oldTab != null)的分支是用来将旧表中的元素填充到新表中去的，就不做说明了，有兴趣可以自己去看看。
首先，这个方法记录了原table的一些信息，oldCap为原来长度，oldThr = threshold为原来的扩容点（长度到达这个值就会触发扩容）。接下来走了一个if-else分支
- oldCap > 0
其中又有两个分支：
如果原来的长度已经大于等于MAXIMUM_CAPACITY那么将threshold设置为最大的int值，也就是说不会再触发扩容，并返回原来的table；
如果原长度并没有超过最大长度，同时将原长度扩大两倍后也没超过最大长度（左移1位等于乘以2），且原长度大于等于默认的长度，那么将newThr设置为oldThr的两倍，前面在判断中已经将newCap设置为oldCap的两倍了。这里可以看出HashMap扩容时，会将数组扩大为原来的两倍。 - oldCap <= 0 && oldThr > 0
将newThr设置为oldThr来初始化table - oldCap <= 0 && oldThr <= 0
以DEFAULT_INITIAL_CAPACITY和DEFAULT_LOAD_FACTOR来初始化table
后面还有一个newThr == 0的判断，做了一定的处理，防止后面出错。
resize()方法大概是这样，跟注释中写的一样，是用来扩容和初始化table的，现在回头再看putVal方法。
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
这样就很明白了，第一次put的时候，table没有初始化，或者Map中没有元素时，就会通过resize()方法来初始化table，并记录长度。
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
接下来是这一步，p为一开始定义的Node类型的参数，n是table的length。若计算得到的索引的位置上没有Node，就将新增的元素插入进去。
上面说过table的length必须为2的次方，这里就是为何这样规定的原因，当n为2的次方时(n - 1) & hash计算得到的结果等于n%hash（以余数作为索引是散列表中的一种设置索引的方法），而前者计算所需的时间要比后者少的多。前面提到了内部的hash算法是为了减少冲突与n为2的次方也有关系，因为n - 1高位全为0低位全为1所以这个&操作只会与hash的低位有关。
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
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;
}
}
当目标索引不为空时会进入上面的分支，里面又有if-else，先跳过，看一下最后面的if(e != null)，e可以理解为目标索引上已有Node，这里面用到了onlyIfAbsent参数用来判断是否覆盖原value，afterNodeAccess(e)这个方法不用管，是交给HashMap的子类去实现的（如LinkedHashMap），在HashMap中没有做具体实现，包括后面的afterNodeInsertion(evict)也是这样，所以传入的evict参数也不需要管。
再来看上面的if-else，第一个没什么好说的，第二个是如果当前目标索引位置的链表已经转换为树了，那么调用往树中插入结点的方法，这边也不深入去探究了。最后一个else则是当目标索引已经有值时，从已有Node拉出链表的操作，其中有判断时候需要转换为树结构。
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
这里是目标索引为空时会走到的地方，在table插入元素后会判断是否需要扩容，modCount注释中描述的是记录结构性的修改次数，我大概看了一下，应该是针对table被修改的次数，链表和树的修改不会被记录。
总结
源码还是很友好的，很容易看出是顺序表+链表或树的结构。比较有意思的是里面的一些算法，比如hash方法，索引的计算，还有个tableSizeFor方法没有提到。
