淺談Java中的Hashmap

達聞西發表於2019-01-19
JavaHashMap

在Java中，有一種而且我們使用很頻繁的資料結構，叫做HashMap，其實準確的來說，這是雜湊表的一種衝突解決的實現，那麼什麼是雜湊表呢？這個概念在網上可以找到很多專業的回答，這裡我們就舉一個很簡單的例子來說明一下什麼是雜湊表。

首先我們要明確的一點，就是雜湊表肯定是用來存取東西的，那麼如果我們要把西瓜，蘋果，草莓這三種東西按照重量存到某個地方，方便我們後面再拿來使用，這個該如何操作呢？首先我們可以拿一個彈簧，然後使用這個彈簧將這些東西按照重量彈出去，因為重量的不同，將會落在不同的區域，這樣就將這些東西“儲存”了起來。如果我們後面要使用這些東西的時候，只需要按照重量再去使用一次彈簧就可以了，這樣就能找到我們所需要找的。

這裡我們再明確幾個概念，這個例子中的幾種東西，就是我們要存放的資料，彈簧指的是hash演算法，因為這些資料的存放是無序的，所以這些概念綜合起來看，稱這種形式為雜湊表。

還有一個問題，就是如果在這個雜湊表中有兩個資料通過hash演算法落到了同一個區域，那麼在這裡就稱之為衝突，或者叫hash衝突，在雜湊表中，解決衝突的方式有線性探測法，平方探測法，鏈式地址法。。。很多種方式，在這裡就不討論每一種解決方式的利弊，我們只是對於Java中的HashMap作為研究。

如果看過HashMap原始碼的朋友就會知道，在Java中HashMap是基於鏈式地址法來實現的，當然也有很多朋友可能不太喜歡看原始碼，好的，那麼我們就按照HashMap來動手寫一個簡單的實現。

我們先定義一個節點類。

public class Entry {
    
    private Integer key;
    
    private String value;
    
    private Entry next;
    
    public Entry(Integer key, String value, Entry next){
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }
}

然後我們在定義一個CopyHashMap類。

public class CopyHashMap {
    
    private final static int DEFAULT_CAPCITY = 11;
    
    private Entry[] arrEntry;
    
    public CopyHashMap(){
        arrEntry = new Entry[DEFAULT_CAPCITY];
    }
    
    public CopyHashMap(int size){
        arrEntry = new Entry[size];
    }
    
    private int hash(int key){
        return key % DEFAULT_CAPCITY;
    }
    
    public String get(int key){
        int h = hash(key);
        Entry entry = arrEntry[h];
        for (Entry e = entry; e != null; e = e.getNext()){
            if (e.getKey().equals(key)){
                return e.getValue();
            }
        }
        return null;
    }
    
    public void put(int key, String value){
        int h = hash(key);
        Entry entry = arrEntry[h];
        for (Entry e = entry; e != null; e = e.getNext()){
            if (e.getKey().equals(key)){
                e.setValue(value);
            }
        }
        arrEntry[h] = new Entry(key, value, arrEntry[h]);
    }
}

這裡只是簡單的寫了一個get和put方法，程式碼很簡單，看一看應該都能明白，可以看到其底層實現還是依賴於一個陣列，這裡有一個hash的方法，這個就是我們剛開始例子中的彈簧，對於每一個key都要去計算對應的hash值是多少，然後才能確定存放在陣列中的哪個位置，所以能夠看出，雜湊表中的hash演算法的設計是非常重要的。

這段程式碼中還有一些東西沒有做，比如remove方法，還有rehash方法，如果你有興趣，那麼可以動手實現一下這兩個方法，rehash的過程在這裡順便提一下，簡單的說就是如果儲存列表不夠用的情況下，hash表會擴容，然後將裡面的資料重新hash一次，當然這個rehash會提前開始進行的，所以這裡我們可以觀察到一個現象就是如果雜湊表rehash一次，對程式的效能影響還是比較大的，對了，在JDK8中，HashMap也做了一些改進，鏈式儲存的時候，在其長度達到某一個定值，後面的儲存方式會轉為紅黑樹的形式，有興趣的話可以看一下原始碼。

HashMap在Java中的使用很頻繁，很多人應該都懂其原理，可能也有很多人不太明白，希望這篇文章能讓大家初窺HashMap的門道，更深入的研究就只能大家自己探索了。

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