java-散列和散列碼__java

正在看《Thinking in java》學習散列碼相關的知識,在這總結一下吧。

先來看一個例子

class Student{    protected int id;//當前類的成員與繼承該類的類能訪問.    public Student(int id) {        this.id = id;    }    @Override    public String toString() {        return "Student #" + id;    }}class Score{    private static Random random = new Random(47);    private int score = random.nextInt(100);    @Override    public String toString() {        return String.valueOf(score);    }}public class HashCodeTest {    public static <T extends Student> void studScore(Class<T> type) throws Exception{        Constructor<T> stud = type.getConstructor(int.class);        //利用反射機制來執行個體化及使用Student類和任何從Student派生出來的類        Map<Student, Score> map = new HashMap<>();        for (int i = 0; i < 10; i++) {            map.put(stud.newInstance(i), new Score());        }        System.out.println("map" + map);        Student student = stud.newInstance(3);//使用id為3的Student作為鍵        System.out.println("尋找學生: " + student);        if (map.containsKey(student)) {            System.out.println(map.get(student));        }else {            System.out.println("此學生不存在");        }    }    public static void main(String[] args) throws Exception{        studScore(Student.class);    }}

輸出

map{Student #1=55, Student #4=61, Student #5=29, Student #3=61, Student #8=22, Student #7=0, Student #0=58, Student #2=93, Student #9=7, Student #6=68}尋找學生: Student #3此學生不存在

但是結果它無法找到id為3的鍵。問題出在Student是自動繼承自基類Object，這裡是使用Object的hashCode()方法產生散列碼，預設是使用對象的地址計算散列碼。第一個Student(3)的執行個體和第二個的散列碼是不同的。所以無法找到。

所以需要恰當的覆蓋hashCode()方法。並且同時覆蓋equals方法。因為HashMap使用equals()判斷當前的鍵是否與表中存在的鍵相同

equals()滿足下列條件：
1）自反性 對於任意x, x.equals(x)必定返回true。
2）對稱性 對於任意x,y，x.equals(y)與y.equals(x)的傳回值相同。
3）傳遞性 對於任意x,y,z，如果x.equals(y)與y.equals(z)傳回值相同，那麼x.equals(z)傳回值也相同。
4）一致性 對於任意的x,y，無論x.equals(y)執行多少次，傳回值要麼是true，要麼為false。
5）對於任意x != null, x.equals(null)返回false。

所以要使用自己的類作為HashMap的鍵，必須同時覆蓋hashCode()和equals().

class Student2 extends Student{    public Student2(int id) {        super(id);    }    @Override    public int hashCode() {        return id;//返回id作為散列碼    }    @Override    public boolean equals(Object obj) {        return obj instanceof Student2 && (id == ((Student2)obj).id);        //instanceof檢查了此對象是否為null，然後基於每個對象中實際的id進行比較    }}public class HashCode2 {    public static void main(String[] args) throws Exception {        HashCodeTest.studScore(Student2.class);    }}

輸出

map{Student #0=58, Student #1=55, Student #2=93, Student #3=61, Student #4=61, Student #5=29, Student #6=68, Student #7=0, Student #8=22, Student #9=7}尋找學生: Student #361

為速度而散列

線性查詢是最慢的查詢方法
散列將鍵儲存在某處，以便能夠很快找到。儲存一組元素最快的資料結構是數組，所以使用它來表示鍵的資訊。
數組並不儲存鍵本身，而是通過鍵對象產生一個數字，將其作為數組的下標，這個數字就是散列碼。
衝突有外部連結處理，數組並不直接儲存值，而是儲存值得list。然後對list中的值使用equals()方法進行線性查詢。（這部分的查詢會比較慢）

散列表的“槽位”(slot)通常被稱為桶位（bucket）,Java的散列函數使用2的整數次方（求餘和除法是最慢的操作，使用2的整數次方長度的散列碼，可以用掩碼代替除法，可以減少get()中%操作的開銷）。

覆蓋hashCode()
無論何時，對同一個對象調用hashCode()都應該產生同樣的值。且不能依賴易變的資料。
也不應該使hashCode()依賴於唯一性的對象資訊。

以String類為例，如果程式中有多個String對象，都包含相同的字串序列，那麼這些String對象都映射到同一塊記憶體地區。

public class StringTest {    public static void main(String[] args) {        String str1 = new String("hello");        String str2 = new String("hello");        System.out.println(str1.hashCode());        System.out.println(str2.hashCode());        System.out.println(str1.equals(str2));        System.out.println(str1 == str2);        //雙等號就是比較的棧裡面的內容，未經處理資料類型和地址都是放在棧裡面的。而equals則是根據地址拿到堆裡面的內容進行比較。    }}

輸出

9916232299162322truefalse

對String而言，hashCode()明顯是基於String的內容的。根據對象的內容產生散列碼，散列碼不一定是獨一無二，但是通過hashCod()和equals()必須能夠完全確定對象的身份

來看看String的源碼

public int hashCode() {        int h = hash;        if (h == 0 && value.length > 0) {            char val[] = value;            for (int i = 0; i < value.length; i++) {                h = 31 * h + val[i];            }            hash = h;        }        return h;    }   //String類中的hashCode計算方法還是比較簡單的，就是以31為權，每一位為字元的ASCII值進行運算.public boolean equals(Object anObject) {        if (this == anObject) {            return true;        }        if (anObject instanceof String) {            String anotherString = (String)anObject;            int n = value.length;            if (n == anotherString.value.length) {                char v1[] = value;                char v2[] = anotherString.value;                int i = 0;                while (n-- != 0) {                    if (v1[i] != v2[i])                        return false;                    i++;                }                return true;            }        }        return false;    }