HashMap是在面试中经常会问的一点，很多时候我们仅仅只是知道HashMap他是允许键值对都是Null，并且是非线程安全的，如果在多线程的环境下使用，是很容易出现问题的。 这是我们通常在面试中会说的，但是有时候问到底层的源码分析的时候，为什么允许为Null，为什么不安全，这些问题的时候，如果没有分析过源码的话，好像很难回答， 这样的话我们来研究一下这个源码。看看原因吧。
HashMap最早出现在JDK1.2中，它的底层是基于的散列算法。允许键值对都是Null，并且是非线程安全的，我们先看看这个1.8版本的JDK中HashMap的数据结构吧。
HashMap图解如下
我们都知道HashMap是数组 链表组成的，bucket数组是HashMap的主体，而链表是为了解决哈希冲突而存在的，但是很多人不知道其实HashMap是包含树结构的，但是得有一点 注意事项，什么时候会出现红黑树这种红树结构的呢？我们就得看源码了，源码解释说默认链表长度大于8的时候会转换为树。我们看看源码说的
结构
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Node<K,V> next; //构造函数 Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } public final K getKey() { return key; } public final V getValue() { return value; } public final String toString() { return key "=" value; } public final int hashCode() { return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value); } public final V setValue(V newValue) { V oldValue = value; value = newValue; return oldValue; } public final boolean equals(Object o) { if (o == this) return true; if (o instanceof Map.Entry) { Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o; if (Objects.equals(key, e.getKey()) && Objects.equals(value, e.getValue())) return true; } return false; }}
接下来就是树结构了
TreeNode 是红黑树的数据结构。
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); } final TreeNode<K,V> root() { for (TreeNode<K,V> r = this, p;;) { if ((p = r.parent) == null) return r; r = p; } }
我们在看一下类的定义
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
继承了抽象的map，实现了Map接口，并且进行了序列化。
在类里还有基础的变量
变量
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;transient Node<K,V>[] table;transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;transient int size;transient int modCount;// (The javadoc description is true upon serialization.// Additionally, if the table array has not been allocated, this// field holds the initial array capacity, or zero signifying// DEFAULT_INITIAL_CAPACITY.)int threshold;final float loadFactor;
我们再看看构造方法
构造方法
public HashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);}public HashMap() { this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted}public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { // 初始容量不能小于0，否则报错 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " initialCapacity); // 初始容量不能大于最大值，否则为最大值 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; //负载因子不能小于或等于0，不能为非数字 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " loadFactor); // 初始化负载因子 this.loadFactor = loadFactor; // 初始化threshold大小 this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);}static final int tableSizeFor(int cap) { int n = cap - 1; n |= n >>> 1; n |= n >>> 2; n |= n >>> 4; n |= n >>> 8; n |= n >>> 16; return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n 1;}
在这源码中，loadFactor负载因子是一个非常重要的参数，因为他能够反映HashMap桶数组的使用情况， 这样的话，HashMap的时间复杂度就会出现不同的改变。
当这个负载因子属于低负载因子的时候，HashMap所能够容纳的键值对数量就是偏少的，扩容后，重新将键值对 存储在桶数组中，键与键之间产生的碰撞会下降，链表的长度也会随之变短。
但是如果增加负载因子当这个负载因子大于1的时候，HashMap所能够容纳的键值对就会变多，这样碰撞就会增加， 这样的话链表的长度也会增加，一般情况下负载因子我们都不会去修改。都是默认的0.75。
扩容机制
resize()这个方法就是重新计算容量的一个方法，我们看看源码：
final Node<K,V>[] resize() { //引用扩容前的Entry数组 Node<K,V>[] oldTab = table; int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length; int oldThr = threshold; int newCap, newThr = 0; if (oldCap > 0) { // 扩容前的数组大小如果已经达到最大(2^30)了 //在这里去判断是否达到最大的大小 if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) { //修改阈值为int的最大值(2^31-1)，这样以后就不会扩容了 threshold = Integer.MAX_VALUE; return oldTab; } // 如果扩容后小于最大值 而且 旧数组桶大于初始容量16， 阈值左移1(扩大2倍) else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY && oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY) newThr = oldThr << 1; // double threshold } // 如果数组桶容量<=0 且 旧阈值 >0 else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold //新的容量就等于旧的阀值 newCap = oldThr; else { // zero initial threshold signifies using defaults // 如果数组桶容量<=0 且 旧阈值 <=0 // 新容量=默认容量 // 新阈值= 负载因子*默认容量 newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); } // 如果新阈值为0 if (newThr == 0) { // 重新计算阈值 float ft = (float)newCap * loadFactor; newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ? (int)ft : Integer.MAX_VALUE); } //在这里就会 更新阈值 threshold = newThr; @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"}) //创建新的数组 Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap]; // 覆盖数组桶 table = newTab; // 如果旧数组桶不是空，则遍历桶数组，并将键值对映射到新的桶数组中 //在这里还有一点诡异的，1.7是不存在后边红黑树的，但是1.8就是有红黑树 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; // 如果是红黑树 else if (e instanceof TreeNode) // 重新映射时，然后对红黑树进行拆分 ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap); else { // preserve order // 如果不是红黑树，那也就是说他链表长度没有超过8，那么还是链表， //那么还是会按照链表处理 Node<K,V> loHead = null, loTail = null; Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null; Node<K,V> next; // 遍历链表，并将链表节点按原顺序进行分组 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); // 将分组后的链表映射到新桶中 if (loTail != null) { loTail.next = null; newTab[j] = loHead; } if (hiTail != null) { hiTail.next = null; newTab[j oldCap] = hiHead; } } } } } return newTab;}
所以说在经过resize这个方法之后，元素的位置要么就是在原来的位置，要么就是在原来的位置移动2次幂的位置上。 源码上的注释也是可以翻译出来的
final Node<K,V>[] resize() .....
所以说他的扩容其实很有意思，就有了三种不同的扩容方式了，
在HashMap刚初始化的时候，使用默认的构造初始化，会返回一个空的table，并且 thershold为0，因此第一次扩容的时候默认值就会是16. 同时再去计算thershold = DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16*0.75 = 12.
如果说指定初始容量的初始HashMap的时候，那么这时候计算这个threshold的时候就变成了 threshold = DEFAULT_LOAD_FACTOR * threshold(当前的容量)
如果HashMap不是第一次扩容，已经扩容过了，那么每次table的容量
threshold也会变成原来的2倍。
之前看1.7的源码的时候，是没有这个红黑树的，而是在1.8 之后做了相应的优化。 使用的是2次幂的扩展(指长度扩为原来2倍)。 而且在扩充HashMap的时候，不需要像JDK1.7的实现那样重新计算hash，这样子他就剩下了计算hash的时间了。
最后还总结出了适合于1－5年以上开发经验的java程序员面试涉及到的绝大部分面试题及答案做成了文档和学习笔记文件以及架构视频资料和高清架构进阶学习导图免费分享给大家（包括Dubbo、Redis、Netty、zookeeper、Spring cloud、分布式、高并发等架构技术资料），希望能帮助到您面试前的复习且找到一个好的工作，也节省大家在网上搜索资料的时间来学习，也可以关注我一下以后会有更多干货分享。
资料免费领取方式：转发后，转发后，关注我后台私信关键词【架构资料】获取！