HashMap的实现原理

leonooo 4年前

来自: http://www.cnblogs.com/think-in-java/p/5169660.html

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:

 //存储时:  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  int index = hash % Entry[].length;  Entry[index] = value;    //取值时:  int hash = key.hashCode();  int index = hash % Entry[].length;  return Entry[index];    View Code

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

Entry.java

 package com.tfdd.www;    /**   * @desc    * @author chenqm    * @date 2016年1月29日   */  public class Entry<K,V> {      private final K key;      private V value;      private Entry<K,V> next;      public Entry(K k,V v,Entry<K,V> entry){          key = k ;          value = v;          next = entry;      }      public V getValue() {          return value;      }      public void setValue(V value) {          this.value = value;      }      public Entry<K, V> getNext() {          return next;      }      public void setNext(Entry<K, V> next) {          this.next = next;      }      public K getKey() {          return key;      }      @Override      public int hashCode() {          final int prime = 31;          int result = 1;          result = prime * result + ((key == null) ? 0 : key.hashCode());          result = prime * result + ((next == null) ? 0 : next.hashCode());          result = prime * result + ((value == null) ? 0 : value.hashCode());          return result;      }      @Override      public boolean equals(Object obj) {          if (this == obj)              return true;          if (obj == null)              return false;          if (getClass() != obj.getClass())              return false;          Entry other = (Entry) obj;          if (key == null) {              if (other.key != null)                  return false;          } else if (!key.equals(other.key))              return false;          if (next == null) {              if (other.next != null)                  return false;          } else if (!next.equals(other.next))              return false;          if (value == null) {              if (other.value != null)                  return false;          } else if (!value.equals(other.value))              return false;          return true;      }          }    View Code

MyHashMap.java

 package com.tfdd.www;    /**   * @desc    * @author chenqm    * @date 2016年1月29日   */  public class MyHashMap<K,V> {      private Entry[] table;//Entry数组表      static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY  =16;      private int size;            public MyHashMap() {          table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];          size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;      }    //获取数组长度      public int getSize() {          return size;      }      static int indexFor(int h, int length) {          return h % length ;      }      public V get(K key){          if(key==null) return null;          int hash = key.hashCode();          int index = indexFor(hash,table.length);          for(Entry<K,V> e = table[index];e!=null;e = e.getNext()){             K k = e.getKey();             if(e.getKey().hashCode() == hash &&(key ==k ||k.equals(key))){                 return e.getValue();             }          }          return null;      }      public V put(K key, V value){          if(key == null) return null;          int hash = key.hashCode();          int index = indexFor(hash,table.length);          for(Entry<K,V> e = table[index];e!=null;e = e.getNext()){              K k = e.getKey();              if(e.getKey().hashCode() == hash &&(key ==k ||k.equals(key))){                  //已经存在                  V oldValue = e.getValue();                  e.setValue(value);                  return oldValue;              }          }          //不存在          Entry<K,V> e = table[index];          table[index] = new Entry<K,V>(key,value,e);          return null;      }  }    View Code

MyHashMapTest.java  

 package com.tfdd.www;    /**   * @desc    * @author chenqm    * @date 2016年1月29日   */  public class MyHashMapTest {        public static void main(String[] args) {          MyHashMap<String,String> map = new MyHashMap<String,String>();          map.put("1", "1");          map.put("2", "2");          map.put("3", "3");          System.out.println(map.get("2"));          System.out.println(map.get("3"));      }  }    View Code