對HashMap的思考及手寫實現

作者：張豐哲
原文：

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

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，我們希望透過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，透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，從而減低了碰撞的機率。

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，就是透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！

透過寫一個迷你版的HashMap來深刻理解

定義介面

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

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

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

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

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

MyHashMap提供的hash函式

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

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

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

利用MyHashMap進行存取

執行結果

result

OK，一個迷你版的HashMap就寫好了，你學到了麼？