對HashMap的思考及手寫實現

工匠小豬豬的技術世界發表於2019-01-28

前言

HashMap是Java中常用的集合,而且HashMap的一些思想,對於我們平時解決業務上的一些問題,在思路上有幫助,基於此,本篇部落格將分析HashMap底層設計思想,並手寫一個迷你版的HashMap!


對HashMap的思考


對HashMap的思考及手寫實現
HashMap底層資料結構

第一,如圖所示,HashMap有3個要素:hash函式+陣列+單連結串列

第二,對於hash函式而言,需要考慮些什麼?

要快,對於給定的Key,要能夠快速計算出在陣列中的index。那麼什麼運算夠快呢?顯然是位運算!

要均勻分佈,要較少碰撞。說白了,我們希望通過hash函式,讓資料均勻分佈在陣列中,不希望大量資料發生碰撞,導致連結串列過長。那麼怎麼辦到呢?也是利用位運算,通過對資料的二進位制的位進行移動,讓hash函式得到的資料雜湊開來,從而減低了碰撞的概率。

如果發生了碰撞怎麼辦?上面的圖其實已經說明了JDK的HashMap是如何處理hash衝突的,就是通過單連結串列解決的。那麼除了這個方法,還有其他思路麼?比如說,如果發生衝突,那麼記下這個衝突的位置為index,然後在加上固定步長,即index+step,找到這個位置,看一下是否仍然衝突,如果繼續衝突,那麼按照這個思路,繼續加上固定步長。其實這就是所謂的線性探測來解決Hash衝突的方法!


通過寫一個迷你版的HashMap來深刻理解

定義介面

對HashMap的思考及手寫實現
介面

定義一個介面,對外暴露快速存取的方法。

注意MyMap介面內部定義了一個內部介面Entry。

介面實現

對HashMap的思考及手寫實現
MyHashMap定義

HashMap的要素之一,就是陣列,自然在這裡,我們要定義陣列,陣列的初始化大小,還要考慮擴容的閥值。

看MyHashMap的構造

對HashMap的思考及手寫實現
構造方法

構造方法有什麼好說的呢?

仔細觀察下,你會發現,其實這裡使用到了“門面模式”。這裡的2個構造方法其實指向的是同一個,但是對外卻暴露了2個“門面”!

Entry

對HashMap的思考及手寫實現
Entry

HashMap的要素之一,單連結串列的體現就在這裡!

看put如何實現

對HashMap的思考及手寫實現
put

第一,要考慮是否擴容?

HashMap中的Entry的數量(陣列以及單連結串列中的所有Entry)是否達到閥值?

第二,如果擴容,意味著新生成一個Entry[],不僅如此還得重新雜湊。

第三,要根據Key計算出在Entry[]中的位置,定位後,如果Entry[]中的元素為null,那麼可以放入其中,如果不為空,那麼得遍歷單連結串列,要麼更新value,要麼形成一個新的Entry“擠壓”單連結串列!

hash函式

對HashMap的思考及手寫實現
MyHashMap提供的hash函式


對HashMap的思考及手寫實現
JDK的HashMap提供的hash函式

我這裡參考了JDK的HashMap的hash函式的實現,這裡也再次說明了:要想雜湊均勻,就得進行二進位制的位運算!

resize和rehash

對HashMap的思考及手寫實現
resize/rehash

這裡可以看出,對於HashMap而言,如果頻繁進行resize/rehash操作,是會影響效能的。

resize/rehash的過程,就是陣列變大,原來陣列中的entry元素一個個的put到新陣列的過程,需要注意的是一些狀態變數的改變。

get實現

對HashMap的思考及手寫實現
get

get很簡單,只需要注意在遍歷單連結串列的過程中使用== or equals來判斷下即可。

Test測試

對HashMap的思考及手寫實現
利用MyHashMap進行存取

執行結果

對HashMap的思考及手寫實現
result


OK,一個迷你版的HashMap就寫好了,你學到了麼?

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