HashMap的原理

hash算法 (hashmap 實現(xiàn)原理)

Java實現(xiàn)的散列表

HashMap不允許有相同的key,也就是說key唯一,允許key為null,因為key是唯一的,所以只能有一個key為null,當對同一個key多次賦值是,相同key的value值會被覆蓋,結果為最后一次賦值的值。怎樣保證key唯一呢?就是利用hash算法計算hashCode,HashMap可以理解為是鏈表的數(shù)組,

1.HashMap的數(shù)據結構

數(shù)組的特點是:尋址容易,插入和刪除困難;而鏈表的特點是:尋址困難,插入和刪除容易。那么我們能不能綜合兩者的特性,做出一種尋址容易,插入刪除也容易的數(shù)據結構?答案是肯定的,這就是我們要提起的哈希表,哈希表有多種不同的實現(xiàn)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(shù)組”,如圖:

從上圖我們可以發(fā)現(xiàn)哈希表是由數(shù)組+鏈表組成的,一個長度為16的數(shù)組中,每個元素存儲的是一個鏈表的頭結點。那么這些元素是按照什么樣的規(guī)則存儲到數(shù)組中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得,也就是元素的key的哈希值對數(shù)組長度取模得到。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都存儲在數(shù)組下標為12的位置。

HashMap其實也是一個線性的數(shù)組實現(xiàn)的,所以可以理解為其存儲數(shù)據的容器就是一個線性數(shù)組。這可能讓我們很不解,一個線性的數(shù)組怎么實現(xiàn)按鍵值對來存取數(shù)據呢?這里HashMap有做一些處理。

1.首先HashMap里面實現(xiàn)一個靜態(tài)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鍵值對實現(xiàn)的一個基礎bean,我們上面說到HashMap的基礎就是一個線性數(shù)組,這個數(shù)組就是Entry[],Map里面的內容都保存在Entry[]里面。

2.HashMap的存取實現(xiàn)

既然是線性數(shù)組,為什么能隨機存取?這里HashMap用了一個小算法,大致是這樣實現(xiàn):


//存儲時:inthash = key.hashCode();//這個hashCode方法這里不詳述,只要理解每個key的hash是一個固定的int值intindex = hash %Entry[].length;

Entry[index]=value;//取值時:inthash =key.hashCode();intindex = hash %Entry[].length;returnEntry[index];


到這里我們輕松的理解了HashMap通過鍵值對實現(xiàn)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?

這里HashMap里面用到鏈式數(shù)據結構的一個概念。上面我們提到過Entry類里面有一個next屬性,作用是指向下一個Entry。打個比方, 第一個鍵值對A進來,通過計算其key的hash得到的index=0,記做:Entry[0] = A。一會后又進來一個鍵值對B,通過計算其index也等于0,現(xiàn)在怎么辦?HashMap會這樣做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又進來C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C;這樣我們發(fā)現(xiàn)index=0的地方其實存取了A,B,C三個鍵值對,他們通過next這個屬性鏈接在一起。所以疑問不用擔心。也就是說數(shù)組中存儲的是最后插入的元素。到這里為止,HashMap的大致實現(xiàn),我們應該已經清楚了。

當然HashMap里面也包含一些優(yōu)化方面的實現(xiàn),這里也說一下。比如:Entry[]的長度一定后,隨著map里面數(shù)據的越來越長,這樣同一個index的鏈就會很長,會不會影響性能?HashMap里面設置一個因素(也稱為因子),隨著map的size越來越大,Entry[]會以一定的規(guī)則加長長度。

3.解決hash沖突的辦法

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)

再哈希法

鏈地址法

建立一個公共溢出區(qū)

Java中hashmap的解決辦法就是采用的鏈地址法。

4.實現(xiàn)自己的HashMap



Map主要用于存儲鍵值對,根據鍵得到值,因此不允許鍵的Map的四個實現(xiàn)接口,HashMap,HashTable,LinkedHashMap,TreeMap。

HashMap:是一個最常用的Map,根據HashCode值存儲數(shù)據,根據鍵可以獲取它的值,具有很快的訪問速度

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