1.引子
这是我们高级并发编程系列的第十五篇，这一篇原来是准备写ConcurrentHashMap，标题我都想好了，叫做：一文搞懂ConcurrentHashMap。
但是想了想，要说清楚ConcurrentHashMap，还需要优先说清楚HashMap，于是我临时把标题换一换，换成一文搞懂HashMap。不过你放心，关于ConcurrentHashMap，我会放到下一篇来分享。
相信这两篇文章，你都会有所收获。我打算从分析底层原理，结合源码的方式，争取让我们在实际项目开发中，用到HashMap，或者ConcurrentHashMap的时候，都能够知其然，还知其所以然。那么让我们开始吧
#考考你：
1.很多时候，你都会直接用到HashMap，那么你真的认识HashMap吗
2.关于HashMap，你知道什么是hash冲突，负载因子，以及如何扩容吗
2.案例
2.1.HashMap原理
2.1.1.原理分析
说起HashMap的底层实现原理，用到的数据结构，你一定很熟系：数组。我们一起来尝试分析一下，为什么HashMap的底层数据结构会选择数组呢？
你可以先回顾一下，数组这种数据结构都有什么特点。我们一起来回忆一下：数组是一种基于线性表的数据结构，支持按照下标随机访问，时间复杂度是O(1)，非常高效。
你再回顾一下，平常在项目中使用HashMap，相应的业务场景有哪些？通常情况下，我们把HashMap作为一个容器，比如说本地缓存解决方案，把缓存目标对象，按照key/value的方式存放到HashMap中，需要用到缓存对象的时候，根据缓存key从容器中查找目标对象。
这里你需要注意两个字：查找。等价于说我们使用HashMap，大多数业务场景都是在读多写少的场景（一次写入，多次读取）。对于读我们的期望是要高效，最好是O(1)的时间复杂度，嗯这不数组天然就满足吗？
到这里，我相信你应该能够理解了：为什么HashMap的底层数据结构，会选择数组。我给你看一个对应关系图，就不会那么抽象了：
2.1.2.一图胜千言，图解
上图即是HashMap的底层实现，你需要关注：左边的散列函数、中间的数组、右边的链表。我们来逐个分析一下。
我们已经明确了HashMap的底层数据结构是数组，即HashMap中的元素，其实就是存在数组中，因此中间的数组，对于你来说，理解起来不是什么难事。
这里有一个问题，我们知道数组是按照下标来查找数组中元素的，即下标0,1,2......比如array[0]=小明。实际使用HashMap中，我们是通过key/value键值对的方式，与之对应array[0]是HashMap中key部分，小明是value部分。
关键问题是，HashMap中key可以是任意类型，我们需要一种方式，将任意类型的key，与数组联系起来，准确说是与数组的下标联系起来，即：任意类型key--->转换--->数组下标。这里的转换，即转换函数，就是上图中左边的散列函数hash(key) 。这么解释以后，相信左边散列函数的作用，你可以理解了。
最后，右边的链表到底是什么用意呢？它是解决散列冲突的方法之一拉链法，还有另外一个解决散列冲突的方法开放寻址法。这里我先不解释关于拉链法，与开放寻址法的区别。我们重点关注散列（hash）冲突的问题，为什么就冲突了呢？
我们知道，要把数据放入HashMap容器中，必然有一个过程，即把任意类型的key，转换成数组下标的过程。我们知道容器是已知，且容量是有限的，比如说只能放10个元素的容器；但是要放入容器的元素是未知，无限的。将未知无限的空间，转换到已知有限的空间，必然会有冲突存在。这段话很抽象，你估计在怀疑这是人话吗？
我举个例子，你就明白了：1+4=5，2+3=5，0+5=5，你看等号左边不同，但是右边结果都是5。也就是说hash(key) ：hash(1+4)，hash(2+3)，hash(0+5)，不同的key，经过hash函数后，会有相同值的情况出现，这就是hash冲突的由来。你看可以理解了吧。
那既然hash冲突概率上一定会发生，发生概率的大小，取决于hash函数的设计，好的hash函数设计是一件挺有难度的事情，这是另外一个话题，我们暂时不关心。我们将重点放在发生冲突以后怎么处理？这就是我需要给你解释的上图中右边部分的链表解决的问题，如果发生了hash冲突，把冲突的元素通过链表串起来。
图解这部分内容，多少会有些抽象，你需要结合图一起多看一下，一旦看明白了其实也不难。我简单总结一下关于HashMap：
- 左边散列函数：用于将任意类型的key，转换成数组的下标，与数组联系起来
- 中间数组：HashMap的底层数据结构，HashMap中的元素实际上是存储在数组中
- 右边链表：因为HashMap中有发生hash冲突，链表用于将冲突的多个元素串连起来
2.2.源码与差异化分析
2.2.1.关键源码分析
这里我把HashMap的关键源码列举出来，只能起到抛砖引玉的效果，我建议你实际打开完整的源码看一看会更好
/*
*HashMap底层数据结构：数组
*/
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
/*
*HashMap默认初始容量：16
*/
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
/*
*HashMap默认负载因子：0.75f
*/
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
/*
*HashMap每次扩容：都是原容量的2倍
*/
// 扩容调用
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
// 在原有容量上，扩容2倍
resize(2 * table.length);
hash = (null != key) ? hash(key) : 0;
bucketIndex = indexFor(hash, table.length);
}
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
// 实际扩容方法
void resize(int newCapacity) {
Entry[] oldTable = table;
int oldCapacity = oldTable.length;
if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
threshold = Integer.MAX_VALUE;
return;
}
Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
transfer(newTable, initHashSeedAsNeeded(newCapacity));
table = newTable;
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
}
2.2.2.差异分析：jdk8与jdk7
关于HashMap差异化分析，实现细节上的差异分析，有两个纬度：
- 针对不同的jdk版本（主要是jdk8，与jdk8以前）
- 差异内容：hash冲突解决方式
前面我们分析了，HashMap中如果发生hash冲突后，通过链表（拉链法）将冲突的多个元素串联起来，解决hash冲突。你需要注意，这是jdk7及以前版本的解决方案。
在jdk8中，除了原有的拉链法，即链表方式解决hash冲突外，还引入了红黑树的解决方案。即当某个点冲突元素个数小于8的时候，还是通过链表解决hash冲突；当冲突元素个数大于等于8以后，将链表转换成红黑树解决hash冲突。
文字描述始终比较抽象，我们通过分享两个图直观看一下，方便你理解：
jdk7拉链法解决hash冲突：
jdk8拉链法、红黑树解决hash冲突：
