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[Java教程]HashMap原理


1.HashMap的数据结构

  数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难;而链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。那么我们能不能综合两者的特性,做出一种寻址容易,插入删除也容易的数据结构?答案是肯定的,这就是我们要提起的哈希表,哈希表有多种不同的实现方法,我接下来解释的是最常用的一种方法—— 拉链法,我们可以理解为“链表的数组” ,如图:

  从上图我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的,一个长度为16的数组中,每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得,也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中,12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。

  HashMap其实也是一个线性的数组实现的,所以可以理解为其存储数据的容器就是一个线性数组。这可能让我们很不解,一个线性的数组怎么实现按键值对来存取数据呢?这里HashMap有做一些处理。

  1.首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry,其重要的属性有 key , value, next,从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean,我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组,这个数组就是Entry[],Map里面的内容都保存在Entry[]里面。

2.HashMap的存取实现

     既然是线性数组,为什么能随机存取?这里HashMap用了一个小算法,大致是这样实现:

1 //存储时:2 int hash = key.hashCode();// 这个hashCode方法这里不详述,只要理解每个key的hash是一个固定的int值3 int index = hash % Entry[].length;4 Entry[index] = value;5 6 //取值时:7 int hash = key.hashCode();8 int index = hash % Entry[].length;9 return Entry[index];

到这里我们轻松的理解了HashMap通过键值对实现存取的基本原理

    3.疑问:如果两个key通过hash%Entry[].length得到的index相同,会不会有覆盖的危险?

  这里HashMap里面用到链式数据结构的一个概念。上面我们提到过Entry类里面有一个next属性,作用是指向下一个Entry。打个比方, 第一个键值对A进来,通过计算其key的hash得到的index=0,记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B,通过计算其index也等于0,现在怎么办?HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C;这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。所以疑问不用担心。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。到这里为止,HashMap的大致实现,我们应该已经清楚了。

  当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现,这里也说一下。比如:Entry[]的长度一定后,随着map里面数据的越来越长,这样同一个index的链就会很长,会不会影响性能?HashMap里面设置一个因素(也称为因子),随着map的size越来越大,Entry[]会以一定的规则加长长度。

3.解决hash冲突的办法

  1. 开放定址法(线性探测再散列,二次探测再散列,伪随机探测再散列)
  2. 再哈希法
  3. 链地址法
  4. 建立一个公共溢出区

Java中hashmap的解决办法就是采用的链地址法。

4.实现自己的HashMap

  MapTest.java

 1 package General; 2 import java.util.*; 3 public class MapTest { 4   public static void main(String[] args){ 5     Map<String,Employee> staff=new HashMap<>(); 6     staff.put("144-25-5456",new Employee("Amy Lee")); 7     staff.put("567-24-2456",new Employee("Harry Hacker")); 8     staff.put("157-62-7935",new Employee("Gary Cooper")); 9     staff.put("465-62-5537",new Employee("Francesca Cruz"));10     11     //print all entries12     System.out.println(staff);13     14     //remove an entry15     staff.remove("567-24-2456");16     17     //replace an entry18     staff.put("456-62-5527",new Employee("Francesca Miller"));19     20     //look up a value21     System.out.println(staff.get("157-62-7935"));22     23     //iterate through all entries24     for(Map.Entry<String, Employee>entry:staff.entrySet()){25         String key=entry.getKey();26         Employee value=entry.getValue();27         System.out.println("Key="+key+", value="+value);28     }29   }30 }31 class Employee{32   private String name;33   public Employee(String n){34     name=n;35   }36   public String getName(){37     return name;38   }39 }

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1 {157-62-7935=Amy Lee, 2 567-24-2456=Harry Hacker, 3 144-25-5456=Gary Cooper, 4 465-62-5537=Francesca Cruz}5 Francesca Miller6 Key=157-62-7935, value=Amy Lee7 Key=144-25-5456, value=Harry Hacker8 Key=465-62-5537, value=Gary Cooper9 Key=456-62-5527, value=Francesca Cruz

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