HashMap是java中相當重要的數據結構，使用HashMap的場景非常之多，因此，了解HashMap實現的過程和原理，是非常有必要的，在一些面試中也會經常被問到。好了，我們趕緊來研究java內部是怎么實現HashMap的吧！
首先，我們都知道，數組的元素查找的效率是不錯的，但是涉及到插入操作和刪除操作，效率低下，因為可能會涉及到后續元素位置的遷移。而另外一個數據結構鏈表則很好的解決了這個問題，插入和刪除操作都只需要改變節點的指針就行，但是鏈表的檢索的效率就很低了，試想一下，要檢索的元素在鏈表的末尾，而我們只能從鏈表頭開始走完整個鏈表，才能檢索到這個元素。而Hash表能給我們帶來高效查詢，插入和刪除。它是怎么做到的呢？
Hash表的實質是構造記錄的存儲位置和其對應的關鍵字之間的映射函數f，關於Hash函數的構造方法，主要有如下幾種：
（1）直接定址法，取關鍵字的某個線性函數作為Hash函數即Hash(key) = a*key+b。這種方法很少使用，雖然不會發生沖突，但是當key非常多的時候，整張Hash表也會非常大，畢竟是一一映射的。
（2）平方取中法，將key的平方的中間幾位數作為得到的Hash地址。
（3）除留余數法，將key除以某個數，得到的余數作為Hash地址。
還有一些方法我們在此就不說了。當多個關鍵字經過這個Hash函數的映射而得到同一個值的時候，就發生了Hash沖突。解決Hash沖突主要有兩種方法：
（1）開放定址法：
其中i=1，2，3。。。。，k(k<=m-1),H(key)為哈希函數，m為哈希表表長，di為增量序列，可能有下列2種情況：
當 di=1,2,3....,m-1時,稱線性探測在散列；
當 
時，稱為二次探測再散列。
（2）鏈地址法：
即將所有關鍵字為同義詞的記錄存儲在同一線性表中。假設某哈希函數產生的哈希地址在區間[0,m-1]上，則設立一個指針型向量 ChainHash[m];
其每個分量的初始狀態都是空指針。凡是哈希地址為i的記錄都插入到頭指針為ChainHash[i]的鏈表中。在列表中的插入位置可以在表頭或表尾；也可以在中間，以保持同義詞在同一線性表中按關鍵字有序。
例如：已知一組關鍵字為（19，14，23，01，68，20，84，27，55，11，10，79），則按哈希函數H(key)=key MOD 13 和鏈地址法處理沖突構造所得的哈希表，如下圖所示：
Java中的HashMap的基本結構就如上圖所示，豎着看是一個數組，橫着看就是多個鏈表。當新建一個HashMap的時候，就初始化了一個數組：
1 /** 2 * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. 3 */ 4 5 transient Entry[] table;
關於transient關鍵字，是為了使其修飾的對象不參與序列化，也就是說，這個對象無法被持久化，這里用這個關鍵字是有原因的，由於HashCode()方法是一個本地方法(由java調用本地的外部函數執行)，所以不同的虛擬機，對於相同的hashCode 產生的 Code 值可能是不一樣的，如果你使用默認的序列化，那么反序列化后，元素的位置和之前的是保持一致的，可是由於 hashCode 的值不一樣了，那么定位函數 indexOf()返回的元素下標就會不同，這樣不是我們所想要的結果.舉個網上大神的例子：
向HashMap存一個entry, key為 字符串"STRING", 在第一個java程序里, "STRING"的hashcode()為1, 存入第1號bucket; 在第二個java程序里, "STRING"的hashcode()有可能就是2, 存入第2號bucket. 如果用默認的串行化(Entry[] table不用transient), 那么這個HashMap從第一個java程序里通過串行化導入第二個java程序后, 其內存分布是一樣的，那么我取1號bucket能拿到“STRING”這個key,取2號bucket也能拿到相同的key，這是不合理的。
因此，HashMap這個entry數組是不可以串行化的。因此，HashMap自己實現了readObject和writeObject，在其中它只保存了bucket size，entry count（這兩個其實不是必需的，但有助於提高效率）和所有的key/value（這個才是必須的）。
這就是數組內的鏈表：
1 static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 2 final int hash; 3 final K key; 4 V value; 5 Node<K,V> next; //持有的一個指向下一個元素的引用，構成鏈表。 6 .... 7 }
下面讓我們來看看Hash在put新元素時所做的操作：
1 public V put(K key, V value) { // HashMap允許存放null鍵和null值， 當key為null時，調用putForNullKey方法，將value放置在數組第一個位置。 2 if (key == null) 3 return putForNullKey(value); //null key 存放的總是數組的第一個元素中 4 int hash = hash(key.hashCode()); // 根據key的HashCode重新計算hash值 5 int i = indexFor(hash, table.length); //通過hash值算出在對應table中的索引（下標）。 6 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { // 如果 i 索引處的 Entry 不為 null，通過循環不斷遍歷 e 元素的下一個元素 7 Object k; 8 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { //如果存在key相等的情形時，則用新的value值覆蓋老的value的值 9 V oldValue = e.value; 10 e.value = value; 11 e.recordAccess(this); 12 return oldValue; 13 } 14 } 15 modCount++; // 如果i索引處的Entry為null，表明此處還沒有Entry。 16 addEntry(hash, key, value, i); // 將key、value添加到i索引處。 17 return null; 18 }
怎么新加傳進來的entry呢：
1 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 獲取指定 bucketIndex 索引處的 Entry，bucketIndex可以理解為存放的table中的index，當這個bucketIndex相同時，就是發生了Hash沖突， 2 Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; 3 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); // 將新創建的 Entry 放入 bucketIndex 索引處，並讓新的 Entry 指向原來的 Entry
4 if (size++ >= threshold) // 如果新加入后的大小超過了當前最大容量，則把 table 對象的長度擴充到原來的2倍。
5 resize(2 * table.length);
6 }
原來新加的entry都是加在了鏈表的頭端。
在取Entry的時候就非常簡單了，如果key等於null，直接取數組的第一個元素，如果不是，先計算出key的hashcode找到下標，再用key的equals方法判斷是否相等，如果相等，則返回對應的entry，如果不相等，則返回null：
1 public V get(Object key) { 2 if (key == null) 3 return getForNullKey(); 4 int hash = hash(key.hashCode()); 5 for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; 6 e != null; 7 e = e.next) { 8 Object k; 9 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) 10 return e.value; 11 } 12 return null; 13 }
關於HashMap的存儲原理就說到這里啦，有什么錯誤，請歡迎指正。
參考資料：http://zhangshixi.iteye.com/blog/672697