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Java中常用的Map实现类主要有：HashMap、HashTable、TreeMap、LinkedHashMap。
一：HashMap
HashMap的底层其实是“链表的数组”，即：每个元素其实存放着一个链表，链表存放着哈希值相同的对象们。
1：新建HashMap，其实是新建了一个数组
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { // initialCapacity代表初始化HashMap的容量，它的最大容量是MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30。 if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; // loadFactor代表它的负载因子，默认是是DEFAULT_LOAD_FACTOR=0.75，用来计算threshold临界值的。 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor); // Find a power of 2 >= initialCapacity int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); table = new Entry[capacity];//创建数组 init(); }
2：插入元素
public V put(K key, V value) { // HashMap允许存放null键和null值。 // 当key为null时，调用putForNullKey方法，将value放置在数组第一个位置。 if (key == null) return putForNullKey(value); // 根据key的hashCode重新计算hash值。 int hash = hash(key.hashCode()); // 搜索指定hash值所对应table中的索引。 int i = indexFor(hash, table.length); // 如果 i 索引处的 Entry 不为 null，通过循环不断遍历 e 元素的下一个元素。 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } // 如果i索引处的Entry为null，表明此处还没有Entry。 // modCount记录HashMap中修改结构的次数 modCount++; // 将key、value添加到i索引处。 addEntry(hash, key, value, i); return null; }
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) { // 获取指定 bucketIndex 索引处的 Entry Entry<K,V> e = table[bucketIndex]; // 将新创建的 Entry 放入 bucketIndex 索引处，并让新的 Entry 指向原来的 Entry table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); // 如果 Map 中的 key-value 对的数量超过了极限 if (size++ >= threshold) // 把 table 对象的长度扩充到原来的2倍。 resize(2 * table.length); }
static int hash(int h) { h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12); return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4); }
static int indexFor(int h, int length) { return h & (length-1); }
//它通过 h & (table.length -1) 来得到该对象的保存位，而HashMap底层数组的长度总是 2 的n 次方，这是HashMap在速度上的优化。
//当length总是 2 的n次方时，h& (length-1)运算等价于对length取模，也就是h%length，但是&比%具有更高的效率。
1）HashMap不是简单的用key的hashcode()值作为元素的存放下标的，而是通过二次哈希——把key的hashcode()传进HashMap自定义的hash(h)方法中计算位置（有可能大于数组长度了，所以还要对数组长取余），然后通过indexFor(h，len)方法计算出具体的数组下标（用 按位与 取代 取余 加快效率），尽量让key尽可能均匀的分配到数组上去，避免造成Hash堆积（某一下标处存放的链表过长）。
2）HashMap的冲突解决：如果有两个key的hashcode相同，那么经过hash(h)二次哈希后得到的数组索引是一样的，此时就要判断这两个key是否是同一对象：如果两个key的equals方法返回true，则说明两个key是同一对象，则此时把新值覆盖掉旧值；如果equals返回false，则说明是两个不同的key但分配到了同一数组索引位存放，则此时把新增的value添加到该索引位的链表尾。
3：读取元素
public V get(Object key) { if (key == null) return getForNullKey(); int hash = hash(key.hashCode()); for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) return e.value; } return null; }
在插入元素时我们看到，不同对象也有可能会有相同的哈希值，所以存放的时候数组索引是一样的。所以，我们通过key去获取value时不能只靠数组索引，还需在数组索引找到对应链表头的基础上，从头到尾遍历链表，把链表每个元素(Entry)的key与所查询的key通过equals方法进行比对，找到相等的结点来获取值。
也就是说：插入元素时，通过key的hashcode()以及hash算法决定索引，通过equals()决定是插入链表还是覆盖原有值；
读取元素时，通过key的hashcode()以及hash算法找到索引，通过equals()遍历链表找到相对应的结点值；
（注：Map存储的是 键值对 ，不是单指用 key 来索引 value。而是用key 来索引 Entry！Entry就是我们说的 键值对！因此，get()时确定槽位后，在遍历Entry链表时才可以把查找的key与链表结点的key进行比较。）
4：数组扩容
我们在前面插入元素时就看到，当HashMap底层所用的数组使用量大于等于 数组最大容量*负债因子 时，就会触发数组扩容。
//HashMap数组扩容 void resize(int newCapacity) { Entry[] oldTable = table; int oldCapacity = oldTable.length; //如果当前的数组长度已经达到最大值，则不在进行调整 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } //根据传入参数的长度定义新的数组 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; //按照新的规则，将旧数组中的元素转移到新数组中 transfer(newTable); table = newTable; //更新临界值 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); } //旧数组中元素往新数组中迁移 void transfer(Entry[] newTable) { //旧数组 Entry[] src = table; //新数组长度 int newCapacity = newTable.length; //遍历旧数组 for (int j = 0; j < src.length; j++) { Entry<K,V> e = src[j]; if (e != null) { src[j] = null; do { Entry<K,V> next = e.next; int i = indexFor(e.hash, newCapacity); e.next = newTable[i]; newTable[i] = e; e = next; } while (e != null); } } }
5：HashMap线程不安全
HashMap线程不安全的原因从上面的代码可以看出端倪——冲突的解决以及数组扩容 在多线程下容易发生竞态条件（结果取决于执行的顺序）。
冲突造成不安全：当多个线程共同操作一个HashMap对象时，某一时刻都向map的key拥有相同的hashcode，若key是相同的对象，则最终的value值取决于哪个线程是最终执行的，覆盖掉前面的值；如果key是不同的对象，我们知道此时把值插入链表，而链表当前结点只有一个next指针，那么多个线程中都已缓存了这个指针，都认为这个指针是可用的，并令它指向了当前插入的新结点。那么最后同步回主内存时就会出问题了：指针只有一个。不能同时指向多个结点。
扩容造成的不安全：当多个线程共同操作一个HashMap对象时，某一时刻同时触发了数组扩容，那么线程轮换执行时都对这个数组进行扩容会覆盖掉前面线程的扩容结果。
二：HashTable
HashTable底层也是一个“链表数组”，其插入元素和查询元素的策略与HashMap几乎一样。不同的是：很多线程敏感的方法用syncrhoized关键字进行修饰。所以，我们说：HashTable是线程安全的。（类似于Vector对ArrayList线程敏感的方法进行限定）
package java.util; 2 import java.io.*; 3 4 public class Hashtable<K,V> 5 extends Dictionary<K,V> 6 implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { 7 8 // Hashtable保存key-value的数组。 9 // Hashtable是采用拉链法实现的，每一个Entry本质上是一个单向链表 10 private transient Entry[] table; 11 12 // Hashtable中元素的实际数量 13 private transient int count; 14 15 // 阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量（threshold = 容量*加载因子） 16 private int threshold; 17 18 // 加载因子 19 private float loadFactor; 20 21 // Hashtable被改变的次数 22 private transient int modCount = 0; 23 24 // 序列版本号 25 private static final long serialVersionUID = 1421746759512286392L; 26 27 // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 28 public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) { 29 if (initialCapacity < 0) 30 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ 31 initialCapacity); 32 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) 33 throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor); 34 35 if (initialCapacity==0) 36 initialCapacity = 1; 37 this.loadFactor = loadFactor; 38 table = new Entry[initialCapacity]; 39 threshold = (int)(initialCapacity * loadFactor); 40 } 41 42 // 指定“容量大小”的构造函数 43 public Hashtable(int initialCapacity) { 44 this(initialCapacity, 0.75f); 45 } 46 47 // 默认构造函数。 48 public Hashtable() { 49 // 默认构造函数，指定的容量大小是11；加载因子是0.75 50 this(11, 0.75f); 51 } 52 53 // 包含“子Map”的构造函数 54 public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) { 55 this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f); 56 // 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中 57 putAll(t); 58 } 59 60 public synchronized int size() { 61 return count; 62 } 63 64 public synchronized boolean isEmpty() { 65 return count == 0; 66 } 67 68 // 返回“所有key”的枚举对象 69 public synchronized Enumeration<K> keys() { 70 return this.<K>getEnumeration(KEYS); 71 } 72 73 // 返回“所有value”的枚举对象 74 public synchronized Enumeration<V> elements() { 75 return this.<V>getEnumeration(VALUES); 76 } 77 78 // 判断Hashtable是否包含“值(value)” 79 public synchronized boolean contains(Object value) { 80 // Hashtable中“键值对”的value不能是null， 81 // 若是null的话，抛出异常! 82 if (value == null) { 83 throw new NullPointerException(); 84 } 85 86 // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry) 87 // 对于每个Entry(单向链表)，逐个遍历，判断节点的值是否等于value 88 Entry tab[] = table; 89 for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) { 90 for (Entry<K,V> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) { 91 if (e.value.equals(value)) { 92 return true; 93 } 94 } 95 } 96 return false; 97 } 98 99 public boolean containsValue(Object value) { 100 return contains(value); 101 } 102 103 // 判断Hashtable是否包含key 104 public synchronized boolean containsKey(Object key) { 105 Entry tab[] = table; 106 int hash = key.hashCode(); 107 // 计算索引值， 108 // % tab.length 的目的是防止数据越界 109 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 110 // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素 111 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 112 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 113 return true; 114 } 115 } 116 return false; 117 } 118 119 // 返回key对应的value，没有的话返回null 120 public synchronized V get(Object key) { 121 Entry tab[] = table; 122 int hash = key.hashCode(); 123 // 计算索引值， 124 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 125 // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素 126 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 127 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 128 return e.value; 129 } 130 } 131 return null; 132 } 133 134 // 调整Hashtable的长度，将长度变成原来的(2倍+1) 135 // (01) 将“旧的Entry数组”赋值给一个临时变量。 136 // (02) 创建一个“新的Entry数组”，并赋值给“旧的Entry数组” 137 // (03) 将“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry数组”中 138 protected void rehash() { 139 int oldCapacity = table.length; 140 Entry[] oldMap = table; 141 142 int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1; 143 Entry[] newMap = new Entry[newCapacity]; 144 145 modCount++; 146 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 147 table = newMap; 148 149 for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) { 150 for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) { 151 Entry<K,V> e = old; 152 old = old.next; 153 154 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity; 155 e.next = newMap[index]; 156 newMap[index] = e; 157 } 158 } 159 } 160 161 // 将“key-value”添加到Hashtable中 162 public synchronized V put(K key, V value) { 163 // Hashtable中不能插入value为null的元素！！！ 164 if (value == null) { 165 throw new NullPointerException(); 166 } 167 168 // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”， 169 // 则用“新的value”替换“旧的value” 170 Entry tab[] = table; 171 int hash = key.hashCode(); 172 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 173 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 174 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 175 V old = e.value; 176 e.value = value; 177 return old; 178 } 179 } 180 181 // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”， 182 // (01) 将“修改统计数”+1 183 modCount++; 184 // (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子) 185 // 则调整Hashtable的大小 186 if (count >= threshold) { 187 // Rehash the table if the threshold is exceeded 188 rehash(); 189 190 tab = table; 191 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 192 } 193 194 // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中 195 Entry<K,V> e = tab[index]; 196 // (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。 197 tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 198 // (05) 将“Hashtable的实际容量”+1 199 count++; 200 return null; 201 } 202 203 // 删除Hashtable中键为key的元素 204 public synchronized V remove(Object key) { 205 Entry tab[] = table; 206 int hash = key.hashCode(); 207 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 208 // 找到“key对应的Entry(链表)” 209 // 然后在链表中找出要删除的节点，并删除该节点。 210 for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) { 211 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 212 modCount++; 213 if (prev != null) { 214 prev.next = e.next; 215 } else { 216 tab[index] = e.next; 217 } 218 count--; 219 V oldValue = e.value; 220 e.value = null; 221 return oldValue; 222 } 223 } 224 return null; 225 } 226 227 // 将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到Hashtable中 228 public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) { 229 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet()) 230 put(e.getKey(), e.getValue()); 231 } 232 233 // 清空Hashtable 234 // 将Hashtable的table数组的值全部设为null 235 public synchronized void clear() { 236 Entry tab[] = table; 237 modCount++; 238 for (int index = tab.length; --index >= 0; ) 239 tab[index] = null; 240 count = 0; 241 } 242 243 // 克隆一个Hashtable，并以Object的形式返回。 244 public synchronized Object clone() { 245 try { 246 Hashtable<K,V> t = (Hashtable<K,V>) super.clone(); 247 t.table = new Entry[table.length]; 248 for (int i = table.length ; i-- > 0 ; ) { 249 t.table[i] = (table[i] != null) 250 ? (Entry<K,V>) table[i].clone() : null; 251 } 252 t.keySet = null; 253 t.entrySet = null; 254 t.values = null; 255 t.modCount = 0; 256 return t; 257 } catch (CloneNotSupportedException e) { 258 // this shouldn't happen, since we are Cloneable 259 throw new InternalError(); 260 } 261 } 262 263 public synchronized String toString() { 264 int max = size() - 1; 265 if (max == -1) 266 return "{}"; 267 268 StringBuilder sb = new StringBuilder(); 269 Iterator<Map.Entry<K,V>> it = entrySet().iterator(); 270 271 sb.append('{'); 272 for (int i = 0; ; i++) { 273 Map.Entry<K,V> e = it.next(); 274 K key = e.getKey(); 275 V value = e.getValue(); 276 sb.append(key == this ? "(this Map)" : key.toString()); 277 sb.append('='); 278 sb.append(value == this ? "(this Map)" : value.toString()); 279 280 if (i == max) 281 return sb.append('}').toString(); 282 sb.append(", "); 283 } 284 } 285 286 // 获取Hashtable的枚举类对象 287 // 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象； 288 // 否则，返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口) 289 private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) { 290 if (count == 0) { 291 return (Enumeration<T>)emptyEnumerator; 292 } else { 293 return new Enumerator<T>(type, false); 294 } 295 } 296 297 // 获取Hashtable的迭代器 298 // 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空迭代器”对象； 299 // 否则，返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口) 300 private <T> Iterator<T> getIterator(int type) { 301 if (count == 0) { 302 return (Iterator<T>) emptyIterator; 303 } else { 304 return new Enumerator<T>(type, true); 305 } 306 } 307 308 // Hashtable的“key的集合”。它是一个Set，意味着没有重复元素 309 private transient volatile Set<K> keySet = null; 310 // Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Set，意味着没有重复元素 311 private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null; 312 // Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Collection，意味着可以有重复元素 313 private transient volatile Collection<V> values = null; 314 315 // 返回一个被synchronizedSet封装后的KeySet对象 316 // synchronizedSet封装的目的是对KeySet的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步 317 public Set<K> keySet() { 318 if (keySet == null) 319 keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this); 320 return keySet; 321 } 322 323 // Hashtable的Key的Set集合。 324 // KeySet继承于AbstractSet，所以，KeySet中的元素没有重复的。 325 private class KeySet extends AbstractSet<K> { 326 public Iterator<K> iterator() { 327 return getIterator(KEYS); 328 } 329 public int size() { 330 return count; 331 } 332 public boolean contains(Object o) { 333 return containsKey(o); 334 } 335 public boolean remove(Object o) { 336 return Hashtable.this.remove(o) != null; 337 } 338 public void clear() { 339 Hashtable.this.clear(); 340 } 341 } 342 343 // 返回一个被synchronizedSet封装后的EntrySet对象 344 // synchronizedSet封装的目的是对EntrySet的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步 345 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 346 if (entrySet==null) 347 entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this); 348 return entrySet; 349 } 350 351 // Hashtable的Entry的Set集合。 352 // EntrySet继承于AbstractSet，所以，EntrySet中的元素没有重复的。 353 private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 354 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 355 return getIterator(ENTRIES); 356 } 357 358 public boolean add(Map.Entry<K,V> o) { 359 return super.add(o); 360 } 361 362 // 查找EntrySet中是否包含Object(0) 363 // 首先，在table中找到o对应的Entry(Entry是一个单向链表) 364 // 然后，查找Entry链表中是否存在Object 365 public boolean contains(Object o) { 366 if (!(o instanceof Map.Entry)) 367 return false; 368 Map.Entry entry = (Map.Entry)o; 369 Object key = entry.getKey(); 370 Entry[] tab = table; 371 int hash = key.hashCode(); 372 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 373 374 for (Entry e = tab[index]; e != null; e = e.next) 375 if (e.hash==hash && e.equals(entry)) 376 return true; 377 return false; 378 } 379 380 // 删除元素Object(0) 381 // 首先，在table中找到o对应的Entry(Entry是一个单向链表) 382 // 然后，删除链表中的元素Object 383 public boolean remove(Object o) { 384 if (!(o instanceof Map.Entry)) 385 return false; 386 Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 387 K key = entry.getKey(); 388 Entry[] tab = table; 389 int hash = key.hashCode(); 390 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 391 392 for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null; 393 prev = e, e = e.next) { 394 if (e.hash==hash && e.equals(entry)) { 395 modCount++; 396 if (prev != null) 397 prev.next = e.next; 398 else 399 tab[index] = e.next; 400 401 count--; 402 e.value = null; 403 return true; 404 } 405 } 406 return false; 407 } 408 409 public int size() { 410 return count; 411 } 412 413 public void clear() { 414 Hashtable.this.clear(); 415 } 416 } 417 418 // 返回一个被synchronizedCollection封装后的ValueCollection对象 419 // synchronizedCollection封装的目的是对ValueCollection的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步 420 public Collection<V> values() { 421 if (values==null) 422 values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(), 423 this); 424 return values; 425 } 426 427 // Hashtable的value的Collection集合。 428 // ValueCollection继承于AbstractCollection，所以，ValueCollection中的元素可以重复的。 429 private class ValueCollection extends AbstractCollection<V> { 430 public Iterator<V> iterator() { 431 return getIterator(VALUES); 432 } 433 public int size() { 434 return count; 435 } 436 public boolean contains(Object o) { 437 return containsValue(o); 438 } 439 public void clear() { 440 Hashtable.this.clear(); 441 } 442 } 443 444 // 重新equals()函数 445 // 若两个Hashtable的所有key-value键值对都相等，则判断它们两个相等 446 public synchronized boolean equals(Object o) { 447 if (o == this) 448 return true; 449 450 if (!(o instanceof Map)) 451 return false; 452 Map<K,V> t = (Map<K,V>) o; 453 if (t.size() != size()) 454 return false; 455 456 try { 457 // 通过迭代器依次取出当前Hashtable的key-value键值对 458 // 并判断该键值对，存在于Hashtable(o)中。 459 // 若不存在，则立即返回false；否则，遍历完“当前Hashtable”并返回true。 460 Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); 461 while (i.hasNext()) { 462 Map.Entry<K,V> e = i.next(); 463 K key = e.getKey(); 464 V value = e.getValue(); 465 if (value == null) { 466 if (!(t.get(key)==null && t.containsKey(key))) 467 return false; 468 } else { 469 if (!value.equals(t.get(key))) 470 return false; 471 } 472 } 473 } catch (ClassCastException unused) { 474 return false; 475 } catch (NullPointerException unused) { 476 return false; 477 } 478 479 return true; 480 } 481 482 // 计算Hashtable的哈希值 483 // 若 Hashtable的实际大小为0 或者 加载因子<0，则返回0。 484 // 否则，返回“Hashtable中的每个Entry的key和value的异或值 的总和”。 485 public synchronized int hashCode() { 486 int h = 0; 487 if (count == 0 || loadFactor < 0) 488 return h; // Returns zero 489 490 loadFactor = -loadFactor; // Mark hashCode computation in progress 491 Entry[] tab = table; 492 for (int i = 0; i < tab.length; i++) 493 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next) 494 h += e.key.hashCode() ^ e.value.hashCode(); 495 loadFactor = -loadFactor; // Mark hashCode computation complete 496 497 return h; 498 } 499 500 // java.io.Serializable的写入函数 501 // 将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中 502 private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) 503 throws IOException 504 { 505 // Write out the length, threshold, loadfactor 506 s.defaultWriteObject(); 507 508 // Write out length, count of elements and then the key/value objects 509 s.writeInt(table.length); 510 s.writeInt(count); 511 for (int index = table.length-1; index >= 0; index--) { 512 Entry entry = table[index]; 513 514 while (entry != null) { 515 s.writeObject(entry.key); 516 s.writeObject(entry.value); 517 entry = entry.next; 518 } 519 } 520 } 521 522 // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出 523 // 将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出 524 private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) 525 throws IOException, ClassNotFoundException 526 { 527 // Read in the length, threshold, and loadfactor 528 s.defaultReadObject(); 529 530 // Read the original length of the array and number of elements 531 int origlength = s.readInt(); 532 int elements = s.readInt(); 533 534 // Compute new size with a bit of room 5% to grow but 535 // no larger than the original size. Make the length 536 // odd if it's large enough, this helps distribute the entries. 537 // Guard against the length ending up zero, that's not valid. 538 int length = (int)(elements * loadFactor) + (elements / 20) + 3; 539 if (length > elements && (length & 1) == 0) 540 length--; 541 if (origlength > 0 && length > origlength) 542 length = origlength; 543 544 Entry[] table = new Entry[length]; 545 count = 0; 546 547 // Read the number of elements and then all the key/value objects 548 for (; elements > 0; elements--) { 549 K key = (K)s.readObject(); 550 V value = (V)s.readObject(); 551 // synch could be eliminated for performance 552 reconstitutionPut(table, key, value); 553 } 554 this.table = table; 555 } 556 557 private void reconstitutionPut(Entry[] tab, K key, V value) 558 throws StreamCorruptedException 559 { 560 if (value == null) { 561 throw new java.io.StreamCorruptedException(); 562 } 563 // Makes sure the key is not already in the hashtable. 564 // This should not happen in deserialized version. 565 int hash = key.hashCode(); 566 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 567 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 568 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 569 throw new java.io.StreamCorruptedException(); 570 } 571 } 572 // Creates the new entry. 573 Entry<K,V> e = tab[index]; 574 tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 575 count++; 576 } 577 578 // Hashtable的Entry节点，它本质上是一个单向链表。 579 // 也因此，我们才能推断出Hashtable是由拉链法实现的散列表 580 private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 581 // 哈希值 582 int hash; 583 K key; 584 V value; 585 // 指向的下一个Entry，即链表的下一个节点 586 Entry<K,V> next; 587 588 // 构造函数 589 protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) { 590 this.hash = hash; 591 this.key = key; 592 this.value = value; 593 this.next = next; 594 } 595 596 protected Object clone() { 597 return new Entry<K,V>(hash, key, value, 598 (next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone())); 599 } 600 601 public K getKey() { 602 return key; 603 } 604 605 public V getValue() { 606 return value; 607 } 608 609 // 设置value。若value是null，则抛出异常。 610 public V setValue(V value) { 611 if (value == null) 612 throw new NullPointerException(); 613 614 V oldValue = this.value; 615 this.value = value; 616 return oldValue; 617 } 618 619 // 覆盖equals()方法，判断两个Entry是否相等。 620 // 若两个Entry的key和value都相等，则认为它们相等。 621 public boolean equals(Object o) { 622 if (!(o instanceof Map.Entry)) 623 return false; 624 Map.Entry e = (Map.Entry)o; 625 626 return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) && 627 (value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue())); 628 } 629 630 public int hashCode() { 631 return hash ^ (value==null ? 0 : value.hashCode()); 632 } 633 634 public String toString() { 635 return key.toString()+"="+value.toString(); 636 } 637 } 638 639 private static final int KEYS = 0; 640 private static final int VALUES = 1; 641 private static final int ENTRIES = 2; 642 643 // Enumerator的作用是提供了“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。因为，它同时实现了 “Enumerator接口”和“Iterator接口”。 644 private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> { 645 // 指向Hashtable的table 646 Entry[] table = Hashtable.this.table; 647 // Hashtable的总的大小 648 int index = table.length; 649 Entry<K,V> entry = null; 650 Entry<K,V> lastReturned = null; 651 int type; 652 653 // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志 654 // iterator为true，表示它是迭代器；否则，是枚举类。 655 boolean iterator; 656 657 // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到，用来实现fail-fast机制。 658 protected int expectedModCount = modCount; 659 660 Enumerator(int type, boolean iterator) { 661 this.type = type; 662 this.iterator = iterator; 663 } 664 665 // 从遍历table的数组的末尾向前查找，直到找到不为null的Entry。 666 public boolean hasMoreElements() { 667 Entry<K,V> e = entry; 668 int i = index; 669 Entry[] t = table; 670 /* Use locals for faster loop iteration */ 671 while (e == null && i > 0) { 672 e = t[--i]; 673 } 674 entry = e; 675 index = i; 676 return e != null; 677 } 678 679 // 获取下一个元素 680 // 注意：从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式” 681 // 首先，从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。 682 // 然后，依次向后遍历单向链表Entry。 683 public T nextElement() { 684 Entry<K,V> et = entry; 685 int i = index; 686 Entry[] t = table; 687 /* Use locals for faster loop iteration */ 688 while (et == null && i > 0) { 689 et = t[--i]; 690 } 691 entry = et; 692 index = i; 693 if (et != null) { 694 Entry<K,V> e = lastReturned = entry; 695 entry = e.next; 696 return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e); 697 } 698 throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator"); 699 } 700 701 // 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素 702 // 实际上，它是调用的hasMoreElements() 703 public boolean hasNext() { 704 return hasMoreElements(); 705 } 706 707 // 迭代器获取下一个元素 708 // 实际上，它是调用的nextElement() 709 public T next() { 710 if (modCount != expectedModCount) 711 throw new ConcurrentModificationException(); 712 return nextElement(); 713 } 714 715 // 迭代器的remove()接口。 716 // 首先，它在table数组中找出要删除元素所在的Entry， 717 // 然后，删除单向链表Entry中的元素。 718 public void remove() { 719 if (!iterator) 720 throw new UnsupportedOperationException(); 721 if (lastReturned == null) 722 throw new IllegalStateException("Hashtable Enumerator"); 723 if (modCount != expectedModCount) 724 throw new ConcurrentModificationException(); 725 726 synchronized(Hashtable.this) { 727 Entry[] tab = Hashtable.this.table; 728 int index = (lastReturned.hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 729 730 for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null; 731 prev = e, e = e.next) { 732 if (e == lastReturned) { 733 modCount++; 734 expectedModCount++; 735 if (prev == null) 736 tab[index] = e.next; 737 else 738 prev.next = e.next; 739 count--; 740 lastReturned = null; 741 return; 742 } 743 } 744 throw new ConcurrentModificationException(); 745 } 746 } 747 } 748 749 750 private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator(); 751 private static Iterator emptyIterator = new EmptyIterator(); 752 753 // 空枚举类 754 // 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过Enumeration遍历Hashtable时，返回的是“空枚举类”的对象。 755 private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> { 756 757 EmptyEnumerator() { 758 } 759 760 // 空枚举类的hasMoreElements() 始终返回false 761 public boolean hasMoreElements() { 762 return false; 763 } 764 765 // 空枚举类的nextElement() 抛出异常 766 public Object nextElement() { 767 throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator"); 768 } 769 } 770 771 772 // 空迭代器 773 // 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过迭代器遍历Hashtable时，返回的是“空迭代器”的对象。 774 private static class EmptyIterator implements Iterator<Object> { 775 776 EmptyIterator() { 777 } 778 779 public boolean hasNext() { 780 return false; 781 } 782 783 public Object next() { 784 throw new NoSuchElementException("Hashtable Iterator"); 785 } 786 787 public void remove() { 788 throw new IllegalStateException("Hashtable Iterator"); 789 } 790 791 } 792 }
三：TreeMap
与前面的两个map实现类不同，TreeMap是通过红黑树来实现的。所以针对TreeMap的插入元素、查找元素、删除元素等都是对红黑树的操作。
1：插入元素
红黑树插入结点分两步：一是插入到排序二叉树的合适位置，二是对二叉树进行平衡（左右旋、重新着色）
public V put(K key, V value) { //用t表示二叉树的当前节点 Entry<K,V> t = root; //t为null表示一个空树，即TreeMap中没有任何元素，直接插入 if (t == null) { //比较key值，个人觉得这句代码没有任何意义，空树还需要比较、排序？ compare(key, key); // type (and possibly null) check //将新的key-value键值对创建为一个Entry节点，并将该节点赋予给root root = new Entry<>(key, value, null); //容器的size = 1，表示TreeMap集合中存在一个元素 size = 1; //修改次数 + 1 modCount++; return null; } int cmp; //cmp表示key排序的返回结果 Entry<K,V> parent; //父节点 // split comparator and comparable paths Comparator<? super K> cpr = comparator; //指定的排序算法 //如果cpr不为空，则采用既定的排序算法进行创建TreeMap集合 if (cpr != null) { do { parent = t; //parent指向上次循环后的t //比较新增节点的key和当前节点key的大小 cmp = cpr.compare(key, t.key); //cmp返回值小于0，表示新增节点的key小于当前节点的key，则以当前节点的左子节点作为新的当前节点 if (cmp < 0) t = t.left; //cmp返回值大于0，表示新增节点的key大于当前节点的key，则以当前节点的右子节点作为新的当前节点 else if (cmp > 0) t = t.right; //cmp返回值等于0，表示两个key值相等，则新值覆盖旧值，并返回新值 else return t.setValue(value); } while (t != null); } //如果cpr为空，则采用默认的排序算法进行创建TreeMap集合 else { if (key == null) //key值为空抛出异常 throw new NullPointerException(); /* 下面处理过程和上面一样 */ Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key; do { parent = t; cmp = k.compareTo(t.key); if (cmp < 0) t = t.left; else if (cmp > 0) t = t.right; else return t.setValue(value); } while (t != null); } //将新增节点当做parent的子节点 Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent); //如果新增节点的key小于parent的key，则当做左子节点 if (cmp < 0) parent.left = e; //如果新增节点的key大于parent的key，则当做右子节点 else parent.right = e; /* * 上面已经完成了排序二叉树的的构建，将新增节点插入该树中的合适位置 * 下面fixAfterInsertion()方法就是对这棵树进行调整、平衡，具体过程参考上面的五种情况 */ fixAfterInsertion(e); //TreeMap元素数量 + 1 size++; //TreeMap容器修改次数 + 1 modCount++; return null; } /** * 新增节点后的修复操作 * x 表示新增节点 */ private void fixAfterInsertion(Entry<K,V> x) { x.color = RED; //新增节点的颜色为红色 //循环 直到 x不是根节点，且x的父节点不为红色 while (x != null && x != root && x.parent.color == RED) { //如果X的父节点（P）是其父节点的父节点（G）的左节点 if (parentOf(x) == leftOf(parentOf(parentOf(x)))) { //获取X的叔节点(U) Entry<K,V> y = rightOf(parentOf(parentOf(x))); //如果X的叔节点（U） 为红色（情况三） if (colorOf(y) == RED) { //将X的父节点（P）设置为黑色 setColor(parentOf(x), BLACK); //将X的叔节点（U）设置为黑色 setColor(y, BLACK); //将X的父节点的父节点（G）设置红色 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); x = parentOf(parentOf(x)); } //如果X的叔节点（U为黑色）；这里会存在两种情况（情况四、情况五） else { //如果X节点为其父节点（P）的右子树，则进行左旋转（情况四） if (x == rightOf(parentOf(x))) { //将X的父节点作为X x = parentOf(x); //右旋转 rotateLeft(x); } //（情况五） //将X的父节点（P）设置为黑色 setColor(parentOf(x), BLACK); //将X的父节点的父节点（G）设置红色 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); //以X的父节点的父节点（G）为中心右旋转 rotateRight(parentOf(parentOf(x))); } } //如果X的父节点（P）是其父节点的父节点（G）的右节点 else { //获取X的叔节点（U） Entry<K,V> y = leftOf(parentOf(parentOf(x))); //如果X的叔节点（U） 为红色（情况三） if (colorOf(y) == RED) { //将X的父节点（P）设置为黑色 setColor(parentOf(x), BLACK); //将X的叔节点（U）设置为黑色 setColor(y, BLACK); //将X的父节点的父节点（G）设置红色 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); x = parentOf(parentOf(x)); } //如果X的叔节点（U为黑色）；这里会存在两种情况（情况四、情况五） else { //如果X节点为其父节点（P）的右子树，则进行左旋转（情况四） if (x == leftOf(parentOf(x))) { //将X的父节点作为X x = parentOf(x); //右旋转 rotateRight(x); } //（情况五） //将X的父节点（P）设置为黑色 setColor(parentOf(x), BLACK); //将X的父节点的父节点（G）设置红色 setColor(parentOf(parentOf(x)), RED); //以X的父节点的父节点（G）为中心右旋转 rotateLeft(parentOf(parentOf(x))); } } } //将根节点G强制设置为黑色 root.color = BLACK; } private void rotateLeft(Entry<K,V> p) { if (p != null) { //获取P的右子节点，其实这里就相当于新增节点N（情况四而言） Entry<K,V> r = p.right; //将R的左子树设置为P的右子树 p.right = r.left; //若R的左子树不为空，则将P设置为R左子树的父亲 if (r.left != null) r.left.parent = p; //将P的父亲设置R的父亲 r.parent = p.parent; //如果P的父亲为空，则将R设置为跟节点 if (p.parent == null) root = r; //如果P为其父节点（G）的左子树，则将R设置为P父节点(G)左子树 else if (p.parent.left == p) p.parent.left = r; //否则R设置为P的父节点（G）的右子树 else p.parent.right = r; //将P设置为R的左子树 r.left = p; //将R设置为P的父节点 p.parent = r; } } private void rotateRight(Entry<K,V> p) { if (p != null) { //将L设置为P的左子树 Entry<K,V> l = p.left; //将L的右子树设置为P的左子树 p.left = l.right; //若L的右子树不为空，则将P设置L的右子树的父节点 if (l.right != null) l.right.parent = p; //将P的父节点设置为L的父节点 l.parent = p.parent; //如果P的父节点为空，则将L设置根节点 if (p.parent == null) root = l; //若P为其父节点的右子树，则将L设置为P的父节点的右子树 else if (p.parent.right == p) p.parent.right = l; //否则将L设置为P的父节点的左子树 else p.parent.left = l; //将P设置为L的右子树 l.right = p; //将L设置为P的父节点 p.parent = l; } }
2：删除元素
TreeMap删除元素，就是在红黑树中删除一个结点。红黑树删除结点D：取D右分支最左边，或者 左分支最右边的子结点取代D，然后把子节点删除，之后再对红黑树进行平衡。
private void deleteEntry(Entry<K,V> p) { modCount++; //修改次数 +1 size--; //元素个数 -1 /* * 被删除节点的左子树和右子树都不为空，那么就用 p节点的中序后继节点代替 p 节点 * successor(P)方法为寻找P的替代节点。规则是右分支最左边，或者 左分支最右边的节点 * ---------------------（1） */ if (p.left != null && p.right != null) { Entry<K,V> s = successor(p); p.key = s.key; p.value = s.value; p = s; } //replacement为替代节点，如果P的左子树存在那么就用左子树替代，否则用右子树替代 Entry<K,V> replacement = (p.left != null ? p.left : p.right); /* * 删除节点，分为上面提到的三种情况 * -----------------------（2） */ //如果替代节点不为空 if (replacement != null) { replacement.parent = p.parent; /* *replacement来替代P节点 */ //若P没有父节点，则跟节点直接变成replacement if (p.parent == null) root = replacement; //如果P为左节点，则用replacement来替代为左节点 else if (p == p.parent.left) p.parent.left = replacement; //如果P为右节点，则用replacement来替代为右节点 else p.parent.right = replacement; //同时将P节点从这棵树中剔除掉 p.left = p.right = p.parent = null; /* * 若P为红色直接删除，红黑树保持平衡 * 但是若P为黑色，则需要调整红黑树使其保持平衡 */ if (p.color == BLACK) fixAfterDeletion(replacement); } else if (p.parent == null) { //p没有父节点，表示为P根节点，直接删除即可 root = null; } else { //P节点不存在子节点，直接删除即可 if (p.color == BLACK) //如果P节点的颜色为黑色，对红黑树进行调整 fixAfterDeletion(p); //删除P节点 if (p.parent != null) { if (p == p.parent.left) p.parent.left = null; else if (p == p.parent.right) p.parent.right = null; p.parent = null; } } } static <K,V> TreeMap.Entry<K,V> successor(Entry<K,V> t) { if (t == null) return null; /* * 寻找右子树的最左子树 */ else if (t.right != null) { Entry<K,V> p = t.right; while (p.left != null) p = p.left; return p; } /* * 选择左子树的最右子树 */ else { Entry<K,V> p = t.parent; Entry<K,V> ch = t; while (p != null && ch == p.right) { ch = p; p = p.parent; } return p; } } private void fixAfterDeletion(Entry<K,V> x) { // 删除节点需要一直迭代，知道 直到 x 不是根节点，且 x 的颜色是黑色 while (x != root && colorOf(x) == BLACK) { if (x == leftOf(parentOf(x))) { //若X节点为左节点 //获取其兄弟节点 Entry<K,V> sib = rightOf(parentOf(x)); /* * 如果兄弟节点为红色----（情况3.1） * 策略：改变W、P的颜色，然后进行一次左旋转 */ if (colorOf(sib) == RED) { setColor(sib, BLACK); setColor(parentOf(x), RED); rotateLeft(parentOf(x)); sib = rightOf(parentOf(x)); } /* * 若兄弟节点的两个子节点都为黑色----（情况3.2） * 策略：将兄弟节点编程红色 */ if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK && colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) { setColor(sib, RED); x = parentOf(x); } else { /* * 如果兄弟节点只有右子树为黑色----（情况3.3） * 策略：将兄弟节点与其左子树进行颜色互换然后进行右转 * 这时情况会转变为3.4 */ if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK) { setColor(leftOf(sib), BLACK); setColor(sib, RED); rotateRight(sib); sib = rightOf(parentOf(x)); } /* *----情况3.4 *策略：交换兄弟节点和父节点的颜色， *同时将兄弟节点右子树设置为黑色，最后左旋转 */ setColor(sib, colorOf(parentOf(x))); setColor(parentOf(x), BLACK); setColor(rightOf(sib), BLACK); rotateLeft(parentOf(x)); x = root; } } /** * X节点为右节点与其为做节点处理过程差不多，这里就不在累述了 */ else { Entry<K,V> sib = leftOf(parentOf(x)); if (colorOf(sib) == RED) { setColor(sib, BLACK); setColor(parentOf(x), RED); rotateRight(parentOf(x)); sib = leftOf(parentOf(x)); } if (colorOf(rightOf(sib)) == BLACK && colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) { setColor(sib, RED); x = parentOf(x); } else { if (colorOf(leftOf(sib)) == BLACK) { setColor(rightOf(sib), BLACK); setColor(sib, RED); rotateLeft(sib); sib = leftOf(parentOf(x)); } setColor(sib, colorOf(parentOf(x))); setColor(parentOf(x), BLACK); setColor(leftOf(sib), BLACK); rotateRight(parentOf(x)); x = root; } } } setColor(x, BLACK); }
四：LinkedHashMap
HashMap对键值对的组织是无顺序的。遍历顺序不一定是按照插入顺序，所以如果想按照插入顺序来遍历结果的话用HashMap是不行的。为此，我们可以使用LinkedHashMap。
与LinkedHashSet类似，LinkedHashMap也是维护了一个双向链表，记录元素的插入顺序，然后再根据元素值，采用hashcode()、equals()方法来存储元素值并实现元素的唯一性。双向链表将所有put到LinkedHashmap的节点一一串成了一个双向循环链表，因此它保留了节点插入的顺序，可以使节点的输出顺序与输入顺序相同。
参考资料：http://blog.csdn.net/chenssy/article/details/26668941