前言：
写代码久了，就会思考某些常用类的底层到底是怎么实现的；如题，这三个类都常见，平时用最多的是HashMap，如果涉及线程问题在早期会用Hashtable，现在会使用ConcurrentHashMap；查看他们的底层源码，一方面是为了学习前辈们的思维，另一方面也是加强自己的思维能力；同时这块在面试的时候属于重点考察内容（本篇博客主要剖析 HashMap）。
今天就从它们常用方法的底层实现看一下他们的区别（JDK版本：1.8）。
1. HashMap
通常使用就涉及到三个方法，put、get、remove，分析逻辑也是从这三个方法入手；分析之前需要了解一下HashMap的一些基本属性
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 不声明容量大小的时候默认16
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // 默认负载因子 0.75
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V>; // 内部类，K-V 存储结构
transient Node<K,V>[] table; // HashMap 内部存储为数组
static final class TreeNode<K,V> extends LinkedHashMap.Entry<K,V>; // 树结构存储形式
static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8; // 链表结构转树结构的存储数量界限值
HashMap 的整体存储结构是一个数组，每个位置存储的是一个链表结构或树结构（jdk1.8之前只有链表结构）。
get 方法源码
public V get(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
/**
* Implements Map.get and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode<K,V>)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}get 方法相对容易理解，外部调用get后转调内部getNode方法，getNode先用key求取hash值，根据hash值获取对应的数组下标结构（链表或者树）的第一个结构体，最后再按照 key 是否相等求取对应的 value。
put 方法才是重中之重
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
/**
* Implements Map.put and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to put
* @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
* @param evict if false, the table is in creation mode.
* @return previous value, or null if none
*/
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; // 1
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 2
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash && // 3
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value); // 4
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) { // 5
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // 6
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash && // 7
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // 8
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold) // 9
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}上面代码标识的9行是比较重要的点，依次解释一下
1. 插入数据时，如果当前 HashMap 为 null，会进行初始化（resize方法有两个作用，在这里就是给HashMap的属性赋一些初值）
2. 当前数组下标未被暂用，直接把K-V存储进去
3. 这里记录的是数组下标的第一个结构体 key 与插入 key 相等的情况，会在8里面对value进行覆盖
4. 这里判断当前数组下标的结构是不是树结构，如果是就调用树结构的存储方式更新数据
5. 指针在链表结构上逐步后移，直到为 null
6.这里有个结构转换，如果当前链表存储量大于等于TREEIFY_THRESHOLD（8）会触发链表转树结构
7. 如果key相等就跳出循环，跟3有点相似，在8里面会对value进行覆盖
8. key 相等就进行value的覆盖
9.如果当前插入数据以后的size大于（负载因子*容量）就触发HashMap的重新排列（resize方法）
remove方法
这个方法其实可以看做put方法的逆操作。
public V remove(Object key) {
Node<K,V> e;
return (e = removeNode(hash(key), key, null, false, true)) == null ?
null : e.value;
}
/**
* Implements Map.remove and related methods
*
* @param hash hash for key
* @param key the key
* @param value the value to match if matchValue, else ignored
* @param matchValue if true only remove if value is equal
* @param movable if false do not move other nodes while removing
* @return the node, or null if none
*/
final Node<K,V> removeNode(int hash, Object key, Object value,
boolean matchValue, boolean movable) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, index;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(p = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
Node<K,V> node = null, e; K k; V v;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
node = p; // 1
else if ((e = p.next) != null) {
if (p instanceof TreeNode)
node = ((TreeNode<K,V>)p).getTreeNode(hash, key); // 2
else { // 3
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key ||
(key != null && key.equals(k)))) {
node = e;
break;
}
p = e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
if (node != null && (!matchValue || (v = node.value) == value || // 4
(value != null && value.equals(v)))) {
if (node instanceof TreeNode)
((TreeNode<K,V>)node).removeTreeNode(this, tab, movable); // 5
else if (node == p)
tab[index] = node.next; // 6
else
p.next = node.next; // 7
++modCount;
--size;
afterNodeRemoval(node);
return node;
}
}
return null;
}上面代码标识的7行是比较重要的点，依次解释一下
1. 这个是最简单的一种情况，找到数组下标的结构体，且结构体第一个就是要删除的K-V组合
2. 当前数组下标是一个树结构（红黑树），查询获取要删除的 K-V组合
3. 当前数组下标是一个链表结构，逐个后移查询获取要删除的 K-V组合
4. 这一大块就是删除 K-V组合的功能
5.删除树结构中 K-V组合
6. 删除数组下标结构体第一个为K-V组合
7. 删除链表中的 K-V 组合
2. HashTable
HashTable ，大家都清楚这个是线程安全的，但是其实真没啥好讲的，直接看它get、put，remove 方法关键字就行了
public synchronized V put(K key, V value)
public synchronized V get(Object key)
public synchronized V remove(Object key)直接使用 synchronized 进行的线程同步，肯定是线程安全的；但是当时写这个的前辈一定没仔细想，get 方法也加synchronized，说不过去吧，这个不涉及修改，完全没必要，还有就是 remove，put 方法直接粗暴的加 synchronized 对性能不太友好。3. ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap 的设计比 HashMap 复杂得多；其中 get 方法跟HashMap 的实现几乎一致；大家比较在乎的是怎么实现线程同步的，以及为什么比 HashTable 性能好。
put 方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break;
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) { // 0
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}注解 0 那行是绝对的核心，首先 synchronized 不是直接加在 put 方法上，只有存在 hash 冲突的时候才会触发 synchronized 同步代码块，如果没有 hash 冲突，插入操作不受多线程的影响；remove方法的线程同步跟 put 是一致的。
这篇博客关于ConcurrentHashMap整理得不错，可以参考，ConcurrentHashMap源码分析(1.8)
另外说一下个人感想，前辈们写代码貌似每行都有用，即使不进去执行的if else 都会在条件里面进行赋值操作，代码整体很干净，几乎没有多余的东西。
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