Map家族前来踢馆

Posted 2020-12-22

老List讲完了家族的荣耀，再看看各有所长的子孙们，不由得满脸幸福。不过老Map的一个小问题就让它的幸福变成了假笑。

“现在有个需求，让你把一个学生的10门考试成绩传给别人，怎么实现”？老Map认真地问道。这也太简单了，老List心理想着，于是回答道：“让ArrayList装上这10门成绩送过去不就行了”。

“但是接收者如何把这10个成绩和10个科目对应起来呢，他怎么会知道谁是谁呢”？老Map提出了质疑。老List心理暗暗想到，来着不善呢。不过还是赶紧解释道：“这个肯定要提前规定好，每个位置（序号）是什么成绩，要么写一个文档，要么注释在代码里”。

看到老List的回答勉强自圆其说，老Map还是决定再补一刀，于是道：“如果碰到粗心的开发者，搞错了顺序，几乎很难发现，因为成绩都是数字，并没有什么区别”。老List叹道：“确实是这样子，容易出问题的概率会大些，且不易发觉。敢问阁下有什么高见呢”？

“你的这种情况，可以认为是语义不够丰富”，老Map说到，“你应该在传成绩的时候，把科目名称和它放到一起，一并传过去，这样就大大降低了用户的出错概率”。

老List听着觉得很有道理，但由于没见过，思维受限，一时无法想象出来。于是说到：“老夫孤陋寡闻了，还请阁下明示”。老Map撸了撸袖子，伸出两只手，“啪啪”拍了两下，HashMap闪亮登场了。

HashMap熟悉地展示着自己的武艺，先添加元素，再访问元素，最后遍历元素，除此之外，还可以获取key的集合和value的集合。一套常规的组合拳打下来，把老List看的是双眼发光，连连称赞。不过老List毕竟是外行，只能看个热闹，看不出门道。所以有很多不解，如你底层是怎么存储的啊，访问某个元素的时候是根据key一个个比对吗？等等。

HashMap面对机关枪式的追问，咬咬牙咽了咽口水，心想这老头儿是从火星来的吧，怎么啥都不知道到啊。于是耐心地解说，我内部首先要有一个“节点”这样的东西，它同时存储key和value，这样就把它们关联成一对了。然后再把这些节点放到一个数组里面。

“数组是基于索引的，但是这些节点啊，key和value啊，跟索引没有半毛钱关系，怎么放啊”？老List又问道。不可否认这老头思维敏捷，总是能捕捉到问题的关键部分，给出一击。HashMap答道：“你瞅瞅我的名字，哈希Map，这个哈希就是关键，你听说过哈希吗”？老List说到：“哈希到没听过，不过听说过康熙”。

HashMap继续它的解说，哈希就是把一个字符串或对象转变成一个整数的过程，不过它有一个要求，就是相同的字符串或对象每次哈希后的整数必须一样，不同的字符串或对象哈希后的整数尽量都不一样。它还有一个特点，就是反过来计算几乎很难实现，如给你一个数字，让你算出它是哪个字符串哈希后的值。

老List捋捋胡子，听的很过瘾。问道：“哈希值既然是整数，但是整数的范围很大啊，怎么和你底层数组的索引对应起来呢，莫非采用求模（求余）”？HashMap感慨啊，姜还是老的辣呀。继续道，确实是拿哈希值对数组长度求余，余数即为索引，然后把节点放进去。

老List自言自语道：“取元素时，先根据key求出哈希值，再对数组长度求余得到索引，再由数组进行基于索引的访问，由于现在CPU执行指令的速度飞快，所以这其实就是常量时间访问”。HashMap的心哇凉哇凉的，这老头都会抢答了。

老List的眼珠转了转问道：“你刚才说，不同的字符串或对象哈希后的整数尽量不一样，那要是一样了，咋办呢，或者整数不一样，但是对数组长度求余后的余数一样”？哎呀，这真是老奸巨猾啊。HashMap抓了抓头皮，答道：“你说的这样情况是存在的，还有个专门的术语，叫哈希碰撞，其实有好几种处理方法，我这里选择比较简单的一种。就是求余后的索引位置已经被某个节点占了，那新节点就挂到它下面，形成一个节点链表，这样这个链表上的所有节点共用数组的这个索引”。

“节点链表，那不是和我的子孙LinkedList一样吗”？老List说到。HashMap赶紧解开扣子，低头瞄了瞄，确实很像。继续解说道，访问元素时，从key到索引这个过程还是一样的，然后根据索引取出节点，如果这个节点只有自己，那就返回它存储的value。如果节点其实是一个链表，那就依次遍历链表，比较key是否相等，然后返回和该key相等的那个链表节点存储的value。

老List心想，Map这种东西可真够复杂的，不过它还不打算收手。于是又问道：“那这样处理的话，访问速度肯定会随着链表的长度（碰撞次数）增加而下降，有没有什么优化方案”？这问题真是针针见血，HashMap在心里为自己捏把汗，要是没有两把刷子，还真搞不定了。

HashMap慢慢说到，首先肯定和哈希函数有关，但它的优化比较困难，一般人真搞不定。其次也和底层数组长度有关，如果长度很长，是不是有种地广人稀的感觉，半天都碰不到一个人，如果长度很短的话，是不是很容易挤到一起，极端情况，长度为1时，是不是所有元素都撞到一起了。所以在碰撞达到一定程度时，我会扩容底层数组，使其长度增加，这样所有的节点再对新长度求一遍余数，重新找到自己的位置，元素再次变得松散起来。这个过程在教科书上称为rehash（重哈希）。

“假如底层数组不让扩容，或扩容后效果不佳，还有其它优化方案吗”？老List斤斤计较道。HashMap使出吃奶的劲儿，解说到，还可以在到达某种情况下，把节点链表进行树化，根据哈希值的大小，转变成一个红黑树（red-black tree），这样查找的平均次数由链表的长度变为了树的高度，专业（装B）一点的说法是由O（n）变为O（log（n））。

看到老List又要发问，HashMap大呼，大爷啊，您别问了，臣妾做不到了啊。

（注：图片来自网络）

作者心声：感觉写着写着，怎么变成List踢Map啦，哎，算了，文章没有彩排，都是临时现攒。

（完）