Hashmap實現原理

文章目錄

• Entry.java
• MyHashMap.java
• MyHashMapTest.java

0.參考文獻：

hash演算法 (hashmap 實現原理)

Java實現的散列表

1.HashMap的資料結構

　　數組的特點是：定址容易，插入和刪除困難；而鏈表的特點是：定址困難，插入和刪除容易。那麼我們能不能綜合兩者的特性，做出一種定址容易，插入刪除也容易的資料結構？答案是肯定的，這就是我們要提起的雜湊表，雜湊表有多種不同的實現方法，我接下來解釋的是最常用的一種方法—— 拉鏈法，我們可以理解為“鏈表的數組” ，

　　從我們可以發現雜湊表是由數組+鏈表組成的，一個長度為16的數組中，每個元素儲存的是一個鏈表的頭結點。那麼這些元素是按照什麼樣的規則儲存到數組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的雜湊值對數組長度模數得到。比如上述雜湊表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都儲存在數組下標為12的位置。

　　HashMap其實也是一個線性數組實現的,所以可以理解為其儲存資料的容器就是一個線性數組。這可能讓我們很不解，一個線性數組怎麼實現按索引值對來存取資料呢？這裡HashMap有做一些處理。

　　1.首先HashMap裡面實現一個靜態內部類Entry，其重要的屬性有 key , value, next，從屬性key,value我們就能很明顯的看出來Entry就是HashMap索引值對實現的一個基礎bean，我們上面說到HashMap的基礎就是一個線性數組，這個數組就是Entry[]，Map裡面的內容都儲存在Entry[]裡面。

2.HashMap的存取實現

     既然是線性數組，為什麼能隨機存取？這裡HashMap用了一個小演算法，大致是這樣實現：

//儲存時:int hash = key.hashCode();// 這個hashCode方法這裡不詳述,只要理解每個key的hash是一個固定的int值int index = hash % Entry[].length;Entry[index] = value;//取值時:int hash = key.hashCode();int index = hash % Entry[].length;return Entry[index];

到這裡我們輕鬆的理解了HashMap通過索引值對實現存取的基本原理

    3.疑問：如果兩個key通過hash%Entry[].length得到的index相同，會不會有覆蓋的危險？

　　這裡HashMap裡面用到鏈式資料結構的一個概念。上面我們提到過Entry類裡面有一個next屬性，作用是指向下一個Entry。打個比方， 第一個索引值對A進來，通過計算其key的hash得到的index=0，記做:Entry[0] = A。一會後又進來一個索引值對B，通過計算其index也等於0，現在怎麼辦？HashMap會這樣做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又進來C,index也等於0,那麼C.next = B,Entry[0] = C；這樣我們發現index=0的地方其實存取了A,B,C三個索引值對,他們通過next這個屬性連結在一起。所以疑問不用擔心。也就是說數組中儲存的是最後插入的元素。到這裡為止，HashMap的大致實現，我們應該已經清楚了。

　　當然HashMap裡面也包含一些最佳化方面的實現，這裡也說一下。比如：Entry[]的長度一定後，隨著map裡面資料的越來越長，這樣同一個index的鏈就會很長，會不會影響效能？HashMap裡面設定一個因素（也稱為因子），隨著map的size越來越大，Entry[]會以一定的規則加長長度。

3.解決hash衝突的辦法

1. 開放定址法（線性探測再散列，二次探測再散列，偽隨機探測再散列）
2. 再雜湊法
3. 鏈地址法
4. 建立一個公用溢出區

Java中hashmap的解決辦法就是採用的鏈地址法。

4.實現自己的HashMap

 

Entry.javaView Code

package edu.sjtu.erplab.hash;public class Entry<K,V>{    final K key;    V value;    Entry<K,V> next;//下一個結點     //建構函式    public Entry(K k, V v, Entry<K,V> n) {        key = k;        value = v;        next = n;    }    public final K getKey() {        return key;    }    public final V getValue() {        return value;    }    public final V setValue(V newValue) {    V oldValue = value;        value = newValue;        return oldValue;    }    public final boolean equals(Object o) {        if (!(o instanceof Entry))            return false;        Entry e = (Entry)o;        Object k1 = getKey();        Object k2 = e.getKey();        if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {            Object v1 = getValue();            Object v2 = e.getValue();            if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))                return true;        }        return false;    }    public final int hashCode() {        return (key==null   ? 0 : key.hashCode()) ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());    }    public final String toString() {        return getKey() + "=" + getValue();    }}

MyHashMap.javaView Code

package edu.sjtu.erplab.hash;//保證key與value不為空白public class MyHashMap<K, V> {    private Entry[] table;//Entry數組表    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//預設數組長度    private int size;    // 建構函式    public MyHashMap() {        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];        size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;    }    //擷取數組長度    public int getSize() {        return size;    }        // 求index    static int indexFor(int h, int length) {        return h % (length - 1);    }    //擷取元素    public V get(Object key) {        if (key == null)            return null;        int hash = key.hashCode();// key的雜湊值        int index = indexFor(hash, table.length);// 求key在數組中的下標        for (Entry<K, V> e = table[index]; e != null; e = e.next) {            Object k = e.key;            if (e.key.hashCode() == hash && (k == key || key.equals(k)))                return e.value;        }        return null;    }    // 添加元素    public V put(K key, V value) {        if (key == null)            return null;        int hash = key.hashCode();        int index = indexFor(hash, table.length);        // 如果添加的key已經存在，那麼只需要修改value值即可        for (Entry<K, V> e = table[index]; e != null; e = e.next) {            Object k = e.key;            if (e.key.hashCode() == hash && (k == key || key.equals(k))) {                V oldValue = e.value;                e.value = value;                return oldValue;// 原來的value值            }        }        // 如果key值不存在，那麼需要添加        Entry<K, V> e = table[index];// 擷取當前數組中的e        table[index] = new Entry<K, V>(key, value, e);// 建立一個Entry，並將其指向原先的e        return null;    }}

MyHashMapTest.javaView Code

package edu.sjtu.erplab.hash;public class MyHashMapTest {    public static void main(String[] args) {        MyHashMap<Integer, Integer> map = new MyHashMap<Integer, Integer>();        map.put(1, 90);        map.put(2, 95);        map.put(17, 85);            System.out.println(map.get(1));        System.out.println(map.get(2));        System.out.println(map.get(17));        System.out.println(map.get(null));    }}