HashMap的實現

先介紹一些基本的原理。

1.hash函數

　　（1）hash函數是一個映像，hash的原意就是雜湊。hash函數的作用就是保證哈希函數值都落在表長允許的范圍之內即可。

　　（2）對不同的關鍵字，hash函數可能產生相同的哈希地址。

2.hash函數的構造方法們

哈希函數的構造方法，一是為了得到在表長內的哈希地址，另一個重要作用是保證得到的哈希地址能“均勻地”分布在表中，避免集中。

　　（1）　　直接定址法

　　　　就是根據給定的關鍵字，獲得一個線性值，作為哈希地址。

　　　　　　H(key) = a*key+b;　　(a,b為常數）

　　　　直接定址法不會產生哈希地址沖突，但是他的地址范圍取決于關鍵字集合，空間利用率低。

　　（2）　　數字分析法

　　　　適用于關鍵字是數值類型的，十進制，二進制，十六進制等。

　　　　分析關鍵字之間的異同點。比如：‘123555123’，’489555741‘，中間三位是相同的，那么就可以取前三位和末三位作為區別這兩個關鍵字的有效數字位置

　　　　將有效位置上的數字相加（舍去進位），對相應的進制數（2、10、16）取模，就可以得到進制內的對應的數字代表著兩個關鍵字。（也可以對有效數字位置上的數字進行其他方式的處理）

　　（3）　　平方取中法

　　　　同數字分析法，適用于關鍵字是數值類型的。

　　　　并不是經常碰見有明顯異同的關鍵字，這個時候，每一個位置都是有效位置。

　　　　平方取中的思想是一個數的平方數中間幾位跟該數的每一位都有關系，取平方數的中間幾位（位數由表長決定）來作為哈希地址。

　　（4）　　折疊法

　　　　　適用于關鍵字是數值類型的，并且位數很多，并且每一位上的數字分布大致均勻。

　　　　　將關鍵字分割成長度相同的若干個部分，最后一個可以不同，然后相加（舍去進位），得到哈希地址。

　　（5）　　除留余數法

　　　　這是一種最簡單、最常用的方法。

　　　　取關鍵字被某個不大于哈希表長m的數p除后所得余數作為哈希地址。

　　　　H(key) = key MOD p, (p<=m);

　　(6)?　　隨機數法

　　　　比較好理解，就是用關鍵字作為隨機參數，獲取隨機數作為哈希地址。

　　　　表長不同，取隨機數的范圍不同。

除直接定址法之外，別的哈希函數構造方法都有可能使不同關鍵字獲得相同哈希地址，這個時候就需要進行沖突避免。處理沖突的方法有下面幾種：

　　（1）開放定址法

　　　　Hi = ( H(key)+Di?) MOD M;

　　　　其中D^_i為增量序列,M為哈希表長。

　　　　Di一般有三種取值：

　　　　　（1）　Di = 1,2,3,...M-1；（線性探測再散列）

　　　　　（2）　Di = 1^{2 ,?}-1², 2^{2 ,} -2²,3^{2 ,.......}k²（二次探測再散列）

　　　　　（3） ?Di = 偽隨機數序列　　（偽隨機數探測再散列）

　　（2）再哈希法

　　　　H_i = RH_i(key) ? i = 1,2,3....k

　　　　RHi 是一系列的哈希函數，當產生沖突時候，就順序選擇一個哈希函數進行計算哈希地址，如果仍然沖突，繼續選擇下一個哈希函數，只到沒有哈希沖突為止。

　　　　這種方法能有效避免“聚集”，但是增加了計算時間。

　　（3）鏈地址法

　　　　將所有關鍵字為同義詞（哈希地址相同）的記錄存儲在同一個鏈表中，表頭存儲在長度為M的數組中，表頭在數組中的位置，就是哈希地址。

　　　　也就是說如果一個關鍵字的哈希地址是k(k<m,m為表長），那么就存儲在表頭在k位置的鏈表中。

　（4）建立一個公共溢出區

　　　　如果發生沖突，也就是當前的哈希地址已經被占用，則存放在公共溢出區中。此時，哈希函數操作兩個表，一個是常規的哈希表，另一個是公共溢出表。

?

下面介紹HashMap的數據存儲實現原理：

（1）選擇的哈希算法：

　　HashMap存儲數據時候，調用put(k,v)方法：

　　源代碼：

------------------------------------

public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

-------------------------------------

　　其中hash(key)的源代碼如下：

　　源代碼：

-------------------------------------------------------------------------------　　　

static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

-------------------------------------------------------------------------------

　　putVal()的源代碼：

-----------------

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;

if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)

n = (tab = resize()).length; ??-----------------------a-----------------------確定當前的哈希表容量是否不足，如果是就增大為原來的一倍
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)---------b------------------判斷獲得的哈希地址是否被占用。對hash值進行取模，（n-1)&hash得到的值肯定小于n,也就是resize后的哈希表長，可見，HashMap使用的哈希函數是除留余數法。
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);--------------c------------------新建一個結點node，把新節點加入哈希地址中的鏈表中（如果哈希地址沒被占用，如果占用，則在下面的代碼進行處理）
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {　　
if ((e = p.next) == null) {　　--------------------------d-------------------------如果獲得鏈表的最后一個結點，把新結點接到后面，可見新的結點是在鏈尾。
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}

---------------------------------------------

?

可見，HashMap采用的哈希函數是除留余數法，采用過的沖突避免算法是鏈地址法。

一步一步來，總會變好的。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈HashMap的实现原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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