HashMap是Java語(yǔ)言中的一個(gè)重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它實(shí)現(xiàn)了Map接口，允許我們存儲(chǔ)鍵值對(duì)，并且可以根據(jù)鍵直接訪問對(duì)應(yīng)的值。

特性

1. 鍵值對(duì)存儲(chǔ)：HashMap存儲(chǔ)的是鍵值對(duì)數(shù)據(jù)，可以方便的通過鍵來獲取值。
2. 無(wú)序：HashMap中的元素沒有順序，每次輸出的順序都可能不一樣。這是因?yàn)镠ashMap內(nèi)部是通過哈希表來實(shí)現(xiàn)的，元素存儲(chǔ)在哈希表中，其位置取決于鍵的哈希值。
3. 允許null鍵和null值：HashMap允許一個(gè)null鍵和一個(gè)null值。
4. 擴(kuò)容：當(dāng)HashMap中的元素?cái)?shù)量達(dá)到一定的閾值（默認(rèn)是桶(bucket)的個(gè)數(shù)，每個(gè)桶是一個(gè)鏈表或者紅黑樹）時(shí)，會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容會(huì)導(dǎo)致原有的數(shù)據(jù)重新計(jì)算哈希值并重新放置

HashMap的工作原理

HashMap的工作原理主要涉及以下幾個(gè)部分：

1. 哈希函數(shù)：當(dāng)我們將鍵值對(duì)插入到HashMap中時(shí)，HashMap會(huì)使用哈希函數(shù)（hash function）將鍵（key）轉(zhuǎn)換成一個(gè)哈希碼（hash code），這個(gè)哈希碼用來確定鍵值對(duì)應(yīng)該放在哪個(gè)桶（bucket）中。
2. 桶和鏈表：在HashMap中，每個(gè)桶都是一個(gè)鏈表，鏈表中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含一個(gè)鍵值對(duì)。如果多個(gè)鍵哈希到同一個(gè)桶，那么這些鍵值對(duì)就會(huì)在鏈表中順序存儲(chǔ)。
3. 擴(kuò)容和再哈希：當(dāng)某個(gè)桶中的鏈表長(zhǎng)度超過一個(gè)閾值（例如8）時(shí)，HashMap會(huì)將這個(gè)桶拆分成兩個(gè)或更多的桶，這個(gè)過程就叫做擴(kuò)容。擴(kuò)容會(huì)使得HashMap的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致查詢性能下降。
4. 紅黑樹：當(dāng)某個(gè)桶中的鏈表長(zhǎng)度超過一定閾值（例如16）時(shí)，鏈表會(huì)轉(zhuǎn)化成紅黑樹以提高查詢效率。

源碼

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>  implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {  // 其他常量  /**  * The default initial capacity - MUST be a power of two.  */  static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;  /**  * The load factor used when none specified in constructor.  */  static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;  /**  * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.  */  transient Node<K,V>[] table;  /**  * The number of key-value mappings contained in this map.  */  transient int size;  /**  * The next size value at which to resize (capacity * load factor).  */  transient int threshold;  /**  * The load factor for the hash table.  When the capacity is multiplied by  * this factor, it is incremented.  */  transient float loadFactor;  // 其他變量和方法  
}

其中，HashMap的核心是它的哈希表（由table數(shù)組實(shí)現(xiàn)），每個(gè)元素都是一個(gè)Node對(duì)象，其中包含鍵值對(duì)。HashMap還維護(hù)了一些其他變量，如size（映射數(shù)量）、threshold（下一次擴(kuò)容的閾值）和loadFactor（哈希表的加載因子）。

HashMap的主要方法包括：構(gòu)造函數(shù)、put（插入鍵值對(duì)）、get（獲取鍵對(duì)應(yīng)的值）、remove（刪除鍵值對(duì)）、isEmpty（判斷是否為空）等。其中，put和get方法是HashMap中最常用的方法，它們的實(shí)現(xiàn)涉及到哈希表的查找和插入操作。以下是put方法的源碼：

public V put(K key, V value) {  return putVal(hash(key), key, value, false, true);  
}  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) { // ①如果哈希表為空，將當(dāng)前元素插入到第一個(gè)位置。p為null。則直接在第一個(gè)位置插入元素。同時(shí)n++。  tab[i] = new Node<>(hash, key, value, null); // 創(chuàng)建新的節(jié)點(diǎn)插入到哈希表中。同時(shí)n++。如果超過閾值，則進(jìn)行擴(kuò)容。并重新計(jì)算哈希值和位置。并將元素插入到新的位置中。同時(shí)n++。如果超過閾值，則進(jìn)行擴(kuò)容。并重新計(jì)算哈希值和位置。
}}

如果哈希表已經(jīng)滿了，那么會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容，即創(chuàng)建一個(gè)新的哈希表，大小是原來的兩倍，并將原來哈希表中的所有元素重新插入到新的哈希表中。擴(kuò)容會(huì)導(dǎo)致性能的損失，因?yàn)槊看尾迦氩僮鞫夹枰匦掠?jì)算元素的哈希值和位置。因此，在設(shè)計(jì)HashMap時(shí)，需要考慮哈希表的大小和加載因子，以平衡性能和內(nèi)存使用。

在插入元素時(shí)，如果哈希表中已經(jīng)存在相同的哈希值，那么會(huì)進(jìn)行沖突處理。HashMap采用鏈表或紅黑樹來處理沖突。當(dāng)沖突發(fā)生時(shí)，會(huì)將當(dāng)前元素插入到鏈表的尾部或紅黑樹的葉節(jié)點(diǎn)上。當(dāng)鏈表的長(zhǎng)度超過一定閾值（如8）時(shí)，會(huì)將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹，以提高查詢效率。

在查詢?cè)貢r(shí)，HashMap會(huì)根據(jù)給定的鍵計(jì)算出哈希值，并找到對(duì)應(yīng)的桶。然后，在該桶中查找鏈表或紅黑樹，直到找到對(duì)應(yīng)的元素或到達(dá)鏈表的尾部或紅黑樹的葉節(jié)點(diǎn)。如果找不到指定的元素，則返回null。

總之，HashMap是一種高效的鍵值對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過哈希表實(shí)現(xiàn)了O(1)時(shí)間復(fù)雜度的插入、刪除和查詢操作。但是，由于哈希表的不確定性，HashMap不支持線程安全。如果需要線程安全，可以使用ConcurrentHashMap或者通過Collections.synchronizedMap方法將Map包裝為線程安全。

除了基本的操作，HashMap還提供了其他一些有用的方法，例如：

1. containsKey(Object key)：判斷指定鍵是否在Map中，存在則返回true。
2. containsValue(Object value)：判斷指定值是否在Map中，存在則返回true。
3. get(Object key)：返回指定鍵對(duì)應(yīng)的值，如果鍵不存在則返回null。
4. putAll(Map<? extends K,? extends V> m)：將指定Map中的所有映射復(fù)制到此Map中。
5. remove(Object key)：移除指定鍵及其關(guān)聯(lián)的值。
6. size()：返回Map中鍵-值映射關(guān)系的數(shù)量。
7. isEmpty()：測(cè)試此Map是否為空。
8. keys()：返回包含此映射中所有鍵的迭代器。
9. values()：返回包含此映射中所有值的迭代器。
10. entrySet()：返回包含此映射中所有映射關(guān)系的Set視圖。

此外，HashMap還提供了其他一些參數(shù)來控制其行為，如初始容量、加載因子等?？梢酝ㄟ^構(gòu)造函數(shù)或者相關(guān)方法來設(shè)置這些參數(shù)。

總之，HashMap是一個(gè)非常實(shí)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，適用于需要快速查找和插入鍵值對(duì)的情況。但是，需要注意的是，由于HashMap的不線程安全性，如果在多線程環(huán)境下使用，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的不一致性問題，需要使用線程安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者通過Collections.synchronizedMap方法進(jìn)行包裝。