HashMap的實現原理

1.HashMap的數據結構

數組的特點是：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“ 鏈表的數組 ” ，如圖：

從上圖我們可以發現哈希表是由數組+鏈表組成的，一個長度為16的數組中，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則存儲到數組中呢。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都存儲在數組下標為12的位置。

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

1.首先HashMap里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數組，這個數組就是Entry[]，Map里面的內容都保存在Entry[]里面。

2.HashMap的存取實現

既然是線性數組，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：

 //存儲時:
int hash = 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
int index = hash % Entry[].length;
Entry[index] = value;

//取值時:
int hash = key.hashCode();
int index = hash % Entry[].length;
return Entry[index];
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到這里我們輕松的理解了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？
 這里HashMap里面用到鏈式數據結構的一個概念。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這個屬性鏈接在一起。所以疑問不用擔心。 也就是說數組中存儲的是最后插入的元素。 到這里為止，HashMap的大致實現，我們應該已經清楚了。 
當然HashMap里面也包含一些優化方面的實現，這里也說一下。比如：Entry[]的長度一定后，隨著map里面數據的越來越長，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

 
Java中hashmap的解決辦法就是采用的鏈地址法。
4.實現自己的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</pre> 
 
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數組表
 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY  =16;
 private int size;
public MyHashMap() {

 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
 size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;

}
//獲取數組長度
 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))){
         //已經存在
         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</pre> 
 
 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"));

}
}


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