HashMap的实现原理

1.HashMap的数据结构

　　数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；而链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。那么我们能不能综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入删除也容易的数据结构？答案是肯定的，这就是我们要提起的哈希表，哈希表有多种不同的实现方法，我接下来解释的是最常用的一种方法—— 拉链法，我们可以理解为“链表的数组” ，如图：

　　从上图我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的，一个长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。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都存储在数组下标为12的位置。

　　HashMap其实也是一个线性的数组实现的,所以可以理解为其存储数据的容器就是一个线性数组。这可能让我们很不解，一个线性的数组怎么实现按键值对来存取数据呢？这里HashMap有做一些处理。

　　1.首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry，其重要的属性有 key , value, next，从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean，我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组，这个数组就是Entry[]，Map里面的内容都保存在Entry[]里面。

2.HashMap的存取实现

既然是线性数组，为什么能随机存取？这里HashMap用了一个小算法，大致是这样实现：

//存储时:

int hash = key.hashCode();// 这个hashCode方法这里不详述,只要理解每个key的hash是一个固定的int值

int index = hash % Entry[].length;

Entry[index] = value;

//取值时:

int hash = key.hashCode();

int index = hash % Entry[].length;

return Entry[index];

到这里我们轻松的理解了HashMap通过键值对实现存取的基本原理

3.疑问：如果两个key通过hash%Entry[].length得到的index相同，会不会有覆盖的危险？

　　这里HashMap里面用到链式数据结构的一个概念。上面我们提到过Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。打个比方，第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的index=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其index也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。所以疑问不用担心。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。

　　当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现，这里也说一下。比如：Entry[]的长度一定后，随着map里面数据的越来越长，这样同一个index的链就会很长，会不会影响性能？HashMap里面设置一个因素（也称为因子），随着map的size越来越大，Entry[]会以一定的规则加长长度。

3.解决hash冲突的办法

开放定址法（线性探测再散列，二次探测再散列，伪随机探测再散列）
再哈希法
链地址法
建立一个公共溢出区

Java中hashmap的解决办法就是采用的链地址法。

4.实现自己的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;

    }

}

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数组表

    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY  =16;

    private int size;

    public MyHashMap() {

        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];

        size = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;

    }

  //获取数组长度

    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))){

                //已经存在

                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;

    }

}

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"));

    }

}

巴特西