快速實現一個簡單閹割版的HashMap

帝莘發表於2023-02-07
HashMap

簡單實現一個底層資料結構為陣列 + 連結串列的HashMap,不考慮連結串列長度超過8個時變為紅黑樹的情況。

1.示例圖

2.分析需求

  • put資料時：
    • key值hash後的索引處沒有元素，需要建立連結串列頭節點，放到該位置的陣列空間裡。
    • key值hash後的索引處有元素，說明產生Hash碰撞，需要在連結串列中結尾處掛載節點，如果在遍歷連結串列的過程中，發現了同key的資料，則執行覆蓋即可，不再繼續往下遍歷去掛載新節點。
    • 假設陣列使用的空間超過了總長度的75%，那麼對陣列進行擴容。先建立新陣列，把舊資料寫到新陣列中(此時需要重新根據key計算Hash，因為資料長度變化了，影響計算結果了)，在用新資料替換掉原來的舊陣列。
  • get資料時：
    • key值hash後的索引下標處的元素為空的話，則不存在資料。
    • key值hash後的索引下標處存在連結串列的話，需要遍歷連結串列，找到key相對應的value值。

3.程式碼實現

  • Node類實現

    package com.zaevn.hashmap;

/**
 * @author: zae
 * @date: 2023/1/30
 * @time: 11:25
 */
public class Node {

    String key;
    String value;
    Node next;

    public Node(String key, String value, Node nextNode) {
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = nextNode;
    }
}

  • LinkNode類實現

    package com.zaevn.hashmap;

/**
 * @author: zae
 * @date: 2023/1/30
 * @time: 11:27
 */
public class ListNode {
    // 頭節點
    Node head;

    /**
     * 新增資料，掛載連結串列的節點
     * @param key
     * @param value
     */
    public void addNode(String key,String value){
        // 如果頭節點是空,則結束
        if(head == null ){return;}

        // 如果頭節點不為空，則往下掛載節點
        Node node = new Node(key,value,null);
        Node temp = head;
        while(true){
            // 遇到相同的key,覆蓋資料
            if(key.equals(temp.key)){
                temp.value = value;
                return;
            }

            if(temp.next == null){
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        // 迴圈結束後則掛上資料
        temp.next = node;
    }

    /**
     * 獲取資料
     * @param key
     * @return
     */
    public String getNode(String key){
        if(head == null ){return null;}

        Node temp = head;
        while(true){
            if(key.equals(temp.key)){
                return temp.value;
            }
            if(temp.next == null){
                break;
            }
            temp = temp.next;
        }
        return null;
    }
}

  • MyHashMap類實現

    package com.zaevn.hashmap;

/**
 * @author: zae
 * @date: 2023/1/30
 * @time: 11:27
 */
public class MyHashMap {
    // 陣列初始化:2的n次方
    ListNode[] map = new ListNode[8];
    // ListNode的個數
    int size;

    // 由於擴容時是先建立一個新陣列，因此先宣告出來
    ListNode[] mapNew;
    int sizeNew;

    /**
     * put方法
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(String key,String value){
        if(size>map.length * 0.75){
            System.out.println("開始進行擴容，當前size="+size+",陣列長度為："+map.length);
            doExtendMap();
            System.out.println("擴容結束，當前size="+size+",陣列長度為："+map.length);
        }

        // 1.對key進行hash演算法然後取模
        int index = Math.abs(key.hashCode())%map.length;

        ListNode listNode = map[index];
        // 如果索引位置的元素為空，則新加一個元素(建立頭節點)
        if(listNode == null){
            ListNode listNodeNew = new ListNode();
            Node node = new Node(key,value,null);
            listNodeNew.head = node;
            map[index] = listNodeNew;
            size ++;
        }else{
            // 如果索引位置的元素不為空，則往連結串列中掛載資料
           listNode.addNode(key,value);
        }
    }

    public String get(String key){
        // 1.對key進行hash演算法然後取模
        int index = Math.abs(key.hashCode())%map.length;

        if(map[index] == null){
            return null;
        }else{
            return map[index].getNode(key);
        }
    }

    /**
     * 達到閾值後開始進行擴容
     */
    public void doExtendMap(){
        sizeNew = 0;
        // 1.先建立一個新的陣列，長度為原來的二倍
        mapNew = new ListNode[map.length * 2];

        // 2.將舊資料對映到新的陣列上(因為陣列長度變化，因此hash規則變化，所有的值需要重新計算hash值)
        for(int i = 0;i<map.length;i++){
            ListNode listNode = map[i];
            if(listNode == null){
                continue;
            }
            Node temp = listNode.head;
            while (true){
                doPutData(mapNew,temp.key,temp.value);
                if(temp.next == null){
                    break;
                }
                temp = temp.next;
            }
        }

        // 3.將新的陣列替換舊的陣列
        map = mapNew;
        this.size = sizeNew;
    }

    private void doPutData(ListNode[] mapParam,String key,String value){
        int index = Math.abs(key.hashCode())%mapParam.length;
        ListNode listNode = mapParam[index];
        if(listNode == null){
            ListNode listNodeNew = new ListNode();
            Node node = new Node(key,value,null);
            listNodeNew.head = node;
            mapParam[index] = listNodeNew;
            sizeNew ++;
        }else{
            listNode.addNode(key,value);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 1、一般校驗
        MyHashMap hashMap0=new MyHashMap();
        hashMap0.put("key1","value1");
        System.out.println("一般校驗："+hashMap0.get("key1"));
        System.out.println("--------------------------------------------");


        // 2、同key覆蓋校驗
        MyHashMap hashMap1=new MyHashMap();
        hashMap1.put("key2","value00");
        hashMap1.put("key2","value01");
        System.out.println("同key覆蓋校驗："+hashMap1.get("key2"));
        System.out.println("--------------------------------------------");

        // 3、雜湊碰撞校驗(k1和k9的經過雜湊計算後得到的索引都是6)
        MyHashMap hashMap2=new MyHashMap();
        hashMap2.put("k1","value_k1");
        hashMap2.put("k9","value_k9");
        System.out.println("雜湊碰撞校驗：k1:"+hashMap2.get("k1")+"  k9:"+hashMap2.get("k9"));
        System.out.println("--------------------------------------------");


        // 4、擴容校驗
        MyHashMap hashMap3=new MyHashMap();
        hashMap3.put("m3","cccccc");
        hashMap3.put("c1","kkkkkk");
        hashMap3.put("c2","mmmmmmm");
        hashMap3.put("b1","bbbbbbb");
        hashMap3.put("m1","cccccc");
        hashMap3.put("c3","kkkkkk");
        hashMap3.put("c4","mmmmmmm");
        hashMap3.put("b2","bbbbbbb");
        hashMap3.put("m2","cccccc");
        hashMap3.put("c5","kkkkkk");
        hashMap3.put("c6","mmmmmmm");
        hashMap3.put("b3","bbbbbbb");
        System.out.println("擴容後的c4:"+hashMap3.get("c4"));
        System.out.println("擴容後的b3:"+hashMap3.get("b3"));
    }

}

3.執行結果

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