手写HashMap（基于JDK1.7）

Posted 2022-10-18 格子衫111

1、HashMap结构：

Java7 : 数组 + 链表

Java8 : 数组 + 链表 或 红黑树 (链表超过8则转为红黑树，小于6则变会链表) >> 加快查询

JDK1.7和JDK1.8的区别是基于数组上的链表是否转换成红黑树，本篇文章着重讲JDK1.7的HashMap实现。

2、存取操作：

1）存储元素过程：

写操作就是在散列表中插入新的键值对（在JDK中叫作Entry或Node）
在Entry中保存key和值，以及next指针

Entry
	int key; 
	Object value; 
	Entry next; 

第1步，通过哈希函数，把Key转化成数组下标

//数组下标=取key的hashcode模数组的长度后的余数 
index = HashCode (Key) % Array.length;
int index=Math.abs("Hello".hashCode())%10; //（0-9）

第2步，如果数组下标对应的位置没有元素，就把这个Entry填充到数组下标的位置。
假设key的hashcode为13，数组长度为 8，则要存储在数组索引为5的位置（13
% 8=5）

Hash冲突（碰撞）
由于数组的长度是有限的，当插入的Entry越来越多时，不同的Key通过哈希函数获得的下标有可能是相同的，这种情况，就叫作哈希冲突。

链表法：数组的每一个元素不仅是一个Entry对象，还是一个链表的头节点。每一个Entry对象通过next指针
指向它的下一个Entry节点。当新来的Entry映射到与之冲突的数组位置时，只需要插入到对应的链
表中即可，默认next指向null

2）读取元素过程：

读操作就是通过给定的Key，在hash表中查找对应的Value
第1步，通过哈希函数，把Key转化成数组下标。
第2步，找到数组下标所对应的元素，如果key不正确，说明产生了hash冲突，
则顺着头节点遍历该单链表，再根据key即可取值

Hash扩容（resize）
Hash表是基于数组实现的，所以散列表需要扩容
当经过多次元素插入，散列表达到一定饱和度时，Key映射位置发生冲突的概率会逐渐提高。这样
一来，大量元素拥挤在相同的数组下标位置，形成很长的链表，对后续插入操作和查询操作的性能
都有很大影响
影响扩容的因素有两个
Capacity：HashMap的容量长度
LoadFactor：HashMap的负载因子（阈值），默认值为0.75f
当HashMap.Size >= Capacity×LoadFactor时，需要进行扩容

扩容的步骤：

1. 扩容，创建一个新的Entry空数组，长度是原数组的2倍
2. 重新Hash，遍历原Entry数组，把所有的Entry重新Hash到新数组中
   

3、代码实现

1）Node.java

public class Node 
    String key;
    String value;

    // 指向下一个结点
    Node next;

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

说明：作为存储数据的数据结构，类似于上图数组中的Entry

2）ListNode.java

/**
 * 单链表
 */
public class ListNode 

    Node head; //头结点

    /** 添加单链表结点
     * @param key
     * @param value
     */
    public void addNode(String key, String value) 
        // 无头结点，在调用处设置，这里直接返回
        if (head == null) return;

        /* 以下是有头结点情况 */
        // 创建结点
        Node node = new Node(key, value, null);

        // 临时变量
        Node tmp = head;
        // 循环单链表
        while (true) 
            //key相同覆盖值 从head开始
            if(key.equals(tmp.key))
                tmp.value=value;
            
            // 到达尾结点，跳出循环
            if(tmp.next==null)
                break;
            
            //指向下一个
            tmp=tmp.next;
        

        //在循环外，将新增的结点挂载在末尾
        tmp.next=node;
    


    /**
     * 获得值
     *  @param key
     *  @return
     */
    public String getVal(String key) 
        // 如果头结点为空，说明没值
        if (head == null) return null;

        //只有一个结点，那么直接返回头节点的值
        if (head.next == null) 
            return head.value;
        
        // 多个节点时，遍历单链表
        else 
            // 临时变量
            Node tmp = head;
            while (tmp != null) 
                //找到匹配的key
                if (key.equals(tmp.key)) 
                    return tmp.value;
                
                //指向下一个
                tmp = tmp.next;
            
            return null;
        
    

说明：以上代码，实现了在链表中添加和查询元素Node，
添加操作，相当于在链表末尾进行添加

3）MyHashMap.java

/***
 * 手动HashMap
 */
public class MyHashMap 
    //数组初始化 2的n次方
    ListNode[] map=new ListNode[8];

    //ListNode的个数，数组中每个槽位会对应一个ListNode
    int size;

    /**
     * 设置值
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(String key,String value)
        //该扩容了
        if(size>=map.length*0.75)
            // 扩容操作，略
            System.out.println("map需要扩容");
            return;
        

        //计算索引 数组下标
        int index=Math.abs(key.hashCode())%map.length;

        //获得该下标处的ListNode
        ListNode ln=map[index];
        //该下标处无值，将头结点添加进去
        if(ln==null)
            //创建单链表
            ListNode lnNew=new ListNode();
            //创建头结点
            Node head=new Node(key,value,null);
            //挂载头结点
            lnNew.head=head;
            //把单链放到数组里
            map[index]=lnNew;
            //占用1个下标，计数加1
            size++;
        

        //该下标有值，hash碰撞
        else 
            //单链表挂结点
            ln.addNode(key,value);
        
    

    /**
     * 取值
     * @param key
     * @return
     */
    public String get(String key)
        int index=Math.abs(key.hashCode())%map.length;
        ListNode ln=map[index];
        if(ln==null)
            return null;
        return ln.getVal(key);
    

    //测试
    public static void main(String[] args) 
        MyHashMap hashMap=new MyHashMap();
        hashMap.put("m3","cccccc");  //和c1的hash值相同
        hashMap.put("c1","kkkkkk");  //和m3的hash值相同,产生hash碰撞
        hashMap.put("c1","mmmmmmm");  //和上一行key值相同，value进行覆盖
        System.out.println(hashMap.get("c1"));
    

说明：当产生Hash碰撞的时候，就会引用到单链表结构 ListNode了

测试