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Hashmap实现原理详解编程语言

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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：

Hashmap实现原理详解编程语言

　　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：

复制代码 
//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];
复制代码

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

Hashmap实现原理详解编程语言
Hashmap实现原理详解编程语言

package edu.sjtu.erplab.hash; 
 
public class Entry<K,V>{ 
    final K key; 
    V value; 
    Entry<K,V> next;//下一个结点 
  
    //构造函数 
    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.java

Hashmap实现原理详解编程语言
Hashmap实现原理详解编程语言

package edu.sjtu.erplab.hash; 
 
//保证key与value不为空 
public class MyHashMap<K, V> { 
    private Entry[] table;//Entry数组表 
    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;//默认数组长度 
    private int size; 
 
    // 构造函数 
    public MyHashMap() { 
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; 
        size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY; 
    } 
 
    //获取数组长度 
    public int getSize() { 
        return size; 
    } 
     
    // 求index 
    static int indexFor(int h, int length) { 
        return h % (length - 1); 
    } 
 
    //获取元素 
    public V get(Object key) { 
        if (key == null) 
            return null; 
 
        int hash = key.hashCode();// key的哈希值 
        int index = indexFor(hash, table.length);// 求key在数组中的下标 
        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已经存在，那么只需要修改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;// 原来的value值 
            } 
        } 
        // 如果key值不存在，那么需要添加 
        Entry<K, V> e = table[index];// 获取当前数组中的e 
        table[index] = new Entry<K, V>(key, value, e);// 新建一个Entry，并将其指向原先的e 
        return null; 
    } 
 
}

MyHashMapTest.java

Hashmap实现原理详解编程语言
Hashmap实现原理详解编程语言

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)); 
    } 
}

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