HashMap是Java中基于哈希表实现的键值对存储结构，支持null键值且无序。JDK8后采用数组+链表+红黑树混合结构，当链表长度超过8时转为红黑树以提高查询效率。通过哈希函数计算键的位置，使用负载因子控制扩容（默认0.75）。非线程安全，多线程环境下建议使用ConcurrentHashMap。具有O(1)的平均访问复杂度，但需注意初始化容量和键的选择优化性能。