Java集合（十）繼承Map接口的HashMap
一、HashMap簡介（基於JDK1.8）
HashMap是基於哈希表(散列表)，實現Map接口的雙列集合，數據結構是“鏈表散列”，也就是數組+鏈表 ，key唯一的value可以重復，允許存儲null 鍵null 值，元素無序。JDK1.8對HashMap進行一個大的優化，底層數據結構有“數組+鏈表”的形式，變成“數組+鏈表+紅黑樹”的形式，當鏈表長度超過閾值時，將鏈表轉換為紅黑樹，這樣大大減少了查找時間。
HashMap 的實例有兩個參數影響其性能：“初始容量” 和 “負載因子”。容量 是哈希表中桶的數量，初始容量 只是哈希表在創建時的容量。加載因子 是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數超出了加載因子與當前容量的乘積時，則要對該哈希表進行 rehash 操作（即重建內部數據結構），從而哈希表將具有大約兩倍的桶數。
通常，默認負載因子是 0.75F, 這是在時間和空間成本上尋求一種折衷。加載因子過高雖然減少了空間開銷，但同時也增加了查詢成本（在大多數 HashMap 類的操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了這一點）。在設置初始容量時應該考慮到映射中所需的條目數及其加載因子，以便最大限度地減少 rehash 操作次數。如果初始容量大於最大條目數除以加載因子，則不會發生 rehash 操作。
（一）、HashMap與Map接口的關系
（二）、數據結構
JDK 1.8 的 HashMap 的數據結構如下圖所示，當鏈表節點較少時仍然是以鏈表存在，當鏈表節點較多時（大於8）會轉為紅黑樹。
二、HashMap的繼承結構
從HashMap繼承結構和HashMap與Map接口關系圖，可以看出：
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- HashMap繼承於AbstractMap類，實現了Map接口。Map是"key-value鍵值對"接口，AbstractMap實現了"鍵值對"的通用函數接口。
- HashMap是通過"拉鏈法（鏈地址法）"實現的哈希表。
- HashMap實現了Cloneable接口，即實現了clone()方法。clone()方法的作用很簡單，就是克隆一個HashMap對象並返回。
- HashMap實現Serializable接口，分別實現了串行讀取、寫入功能。
- 串行寫入函數是writeObject()，它的作用是將HashMap的“總的容量，實際容量，所有的Entry”都寫入到輸出流中。
- 而串行讀取函數是readObject()，它的作用是將HashMap的“總的容量，實際容量，所有的Entry”依次讀出。
三、HashMap的構造方法
四、HashMap重要成員屬性
（一）、table
是一個Node<K,V>[]數組類型，Node<K,V>實現了Map.Entry接口，是鏈表的節點。哈希表的"key-value鍵值對"都是存儲在Node<K,V>數組中的。
（二）、size
是HashMap的大小，它是HashMap保存的鍵值對的數量。
（三）、threshold
是HashMap的閾值，用於判斷是否需要調整HashMap的容量。threshold的值="容量 * 負載因子"，當HashMap中存儲數據的數量達到threshold時，就需要將HashMap的容量加倍。
（四）、loadFactor
負載因子。當HashMap達到閾值時，負載因子 * 容量將HashMap擴容。
（五）、modCount
記錄HashMap修改的次數，主要用來是用來實現fail-fast機制的。
五、HashMap的遍歷
（一）、通過entrySet方法遍歷HashMap的鍵值對
1、通過entrySet()方法獲取HashMap“鍵值對”集合Set；
2、通過Iterator迭代器遍歷獲取的HashMap的“鍵值對”集合Set。
1 Set<Map.Entry<K,V>> set = map.entrySet(); 2 Iterator iterator = set.iterator(); 3 while(iterator.hasNext()) { 4 Object obj = iterator.next(); 5 }
（二）、通過keySet方法遍歷HashMap的鍵
1、通過keySet()方法獲取HashMap“鍵”的Set集合；
2、通過Iterator迭代器遍歷獲取的HashMap的“鍵”集合Set。
1 Set<Map.Entry<K, V>> set = map.keySet(); 2 Iterator iterator = set.iterator(); 3 while(iterator.hasNext()) { 4 Object obj = iterator.next(); 5 }
（三）、通過value方法遍歷HashMap的值
1、通過value()方法獲取HashMap“值”的Set集合；
2、通過Iterator迭代器遍歷獲取的HashMap的“值”集合Set。
1 Collection coll = map.values(); 2 Iterator iterator = coll.iterator(); 3 while(iterator.hasNext()) { 4 Object obj = iterator.next(); 5 }
六、HashMap常用API
七、總結
1、HashMap 的底層是個 Node 數組（Node<K,V>[] table），在數組的具體索引位置，如果存在多個節點，則可能是以鏈表或紅黑樹的形式存在。
2、HashMap 的默認初始容量（capacity）是 16，capacity 必須為 2 的冪次方；默認負載因子（load factor）是 0.75；實際能存放的節點個數（threshold，即觸發擴容的閾值）= capacity * load factor。
3、HashMap 有 threshold 屬性和 loadFactor 屬性，但是沒有 capacity 屬性。初始化時，如果傳了初始化容量值，該值是存在 threshold 變量，並且 Node 數組是在第一次 put 時才會進行初始化，初始化時會將此時的 threshold 值作為新表的 capacity 值，然后用 capacity 和 loadFactor 計算新表的真正 threshold 值。
4、當同一個索引位置的節點在增加后達到 9 個時，並且此時數組的長度大於等於 64，則會觸發鏈表節點（Node）轉紅黑樹節點（TreeNode），轉成紅黑樹節點后，其實鏈表的結構還存在，通過 next 屬性維持。鏈表節點轉紅黑樹節點的具體方法為源碼中的 treeifyBin 方法。而如果數組長度小於64，則不會觸發鏈表轉紅黑樹，而是會進行擴容。
5、當同一個索引位置的節點在移除后達到 6 個時，並且該索引位置的節點為紅黑樹節點，會觸發紅黑樹節點轉鏈表節點。紅黑樹節點轉鏈表節點的具體方法為源碼中的 untreeify 方法。
6、HashMap 是非線程安全的，在並發場景下使用 ConcurrentHashMap 來代替。