Java學習----HashMap原理

1.HashMap的資料結構

　　陣列的特點是：定址容易，插入和刪除困難；而連結串列的特點是：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—— 拉鍊法，我們可以理解為“連結串列的陣列” ，如圖：

從上圖我們可以發現雜湊表是由陣列+連結串列組成的，一個長度為16的陣列中，每個元素儲存的是一個連結串列的頭結點。那麼這些元素是按照什麼樣的規則儲存到陣列中呢。一般情況是通過hash(key)%len獲得，也就是元素的key的雜湊值對陣列長度取模得到。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都儲存在陣列下標為12的位置。

　　HashMap其實也是一個線性的陣列實現的,所以可以理解為其儲存資料的容器就是一個線性陣列。這可能讓我們很不解，一個線性的陣列怎麼實現按鍵值對來存取資料呢？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鍵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陣列，這個陣列就是Entry[]，Map裡面的內容都儲存在Entry[]裡面。

2.HashMap的存取實現

既然是線性陣列，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通過鍵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。一會後又進來一個鍵值對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三個鍵值對,他們通過next這個屬性連結在一起。所以疑問不用擔心。也就是說陣列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裡面也包含一些優化方面的實現，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

開放定址法（線性探測再雜湊，二次探測再雜湊，偽隨機探測再雜湊）
再雜湊法
鏈地址法
建立一個公共溢位區

Java中hashmap的解決辦法就是採用的鏈地址法。

4.實現自己的HashMap

　　MapTest.java

package General;

import java.util.*;

public class MapTest {

    public static void main(String[] args){

        Map<String,Employee> staff=new HashMap<>();

        staff.put("144-25-5456",new Employee("Amy Lee"));

        staff.put("567-24-2456",new Employee("Harry Hacker"));

        staff.put("157-62-7935",new Employee("Gary Cooper"));

        staff.put("465-62-5537",new Employee("Francesca Cruz"));

        //print all entries

        System.out.println(staff);

        //remove an entry

        staff.remove("567-24-2456");

        //replace an entry

        staff.put("456-62-5527",new Employee("Francesca Miller"));

        //look up a value

        System.out.println(staff.get("157-62-7935"));

        //iterate through all entries

        for(Map.Entry<String, Employee>entry:staff.entrySet()){

                String key=entry.getKey();

                Employee value=entry.getValue();

                System.out.println("Key="+key+", value="+value);

        }

    }

}

class Employee{

    private String name;

    public Employee(String n){

        name=n;

    }

    public String getName(){

        return name;

    }

}

{157-62-7935=Amy Lee,

567-24-2456=Harry Hacker,

144-25-5456=Gary Cooper,

465-62-5537=Francesca Cruz}

Francesca Miller

Key=157-62-7935, value=Amy Lee

Key=144-25-5456, value=Harry Hacker

Key=465-62-5537, value=Gary Cooper

Key=456-62-5527, value=Francesca Cruz

Java學習----HashMap原理