散列算法與散列碼(實例講解)
一、引入
/**
* Description:新建一個類作為map的key
*/
public class Groundhog
{
protected int number;
public Groundhog(){
}
public Groundhog(int number)
{
this.number = number;
}
@Override
public String toString()
{
return "Groundhog{" + "number=" + number + '}';
}
}
/**
* Description:新建一個類作為map的value
*/
public class Prediction
{
private boolean shadow=Math.random() > 0.5;
@Override
public String toString()
{
if (shadow) return "Six more weeks of Winter";
else return "Early Spring!";
}
}
/**
* Description:測試類
*/
public class SpringDetector
{
public static void detectSpring(Class grondHotClass) throws Exception{
Constructor constructor = grondHotClass.getConstructor(new Class[]{int.class});
Map map=new HashMap();
for (int i=0;i<10;i++){
map.put(constructor.newInstance(new Object[]{new Integer(i)}),new Prediction());
}
System.out.println("map="+map);
Groundhog groundhog=(Groundhog)constructor.newInstance(new Object[]{new Integer(3)});
System.out.println(groundhog);
if (map.containsKey(groundhog)) {//查找這個key是否存在
System.out.println((Prediction)map.get(groundhog));
}else {
System.out.println("key not find:"+groundhog);
}
}
public static void main(String[] args)
{
try {
detectSpring(Groundhog.class);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

看這個結果,問題就來了,map中明明存在Groudhog{number=3},為什么結果顯示的是Key not find呢??問題出在哪里呢?原來是Groudhog類沒有重寫hashCode()方法,所以這里是使用Object的hashCode()方法生成散列碼,而他默認是使用對象的地址計算散列碼。因此,由Groudhog(3)生成的第一個實例的散列碼與Groudhog(3)生成的散列碼是不同的,所以無法查找到 key。但是僅僅重寫hashCode()還是不夠的,除非你重寫equals()方法。原因在于不同的對象可能計算出同樣的hashCode的值,hashCode 的值并不是唯一的,當hashCode的值一樣時,就會使用equals()判斷當前的“鍵”是否與表中的存在的鍵“相同”,即“
二、理解hashCode()
散列的價值在于速度:散列使得查詢得以快速執(zhí)行。由于速度的瓶頸是對“鍵”進行查詢,而存儲一組元素最快的數據結構是數組,所以用它來代表鍵的信息,注意:數組并不保存“鍵”的本身。而通過“鍵”對象生成一個數字,將其作為數組的下標索引。這個數字就是散列碼,由定義在Object的hashCode()生成(或成為散列函數)。同時,為了解決數組容量被固定的問題,不同的“鍵”可以產生相同的下標。那對于數組來說?怎么在同一個下標索引保存多個值呢??原來數組并不直接保存“值”,而是保存“值”的 List。然后對 List中的“值”使用equals()方法進行線性的查詢。這部分的查詢自然會比較慢,但是如果有好的散列函數,每個下標索引只保存少量的值,只對很少的元素進行比較,就會快的多。
不知道大家有沒有理解我上面在說什么。不過沒關系,下面會有一個例子幫助大家理解。不過我之前一直被一個問題糾結:為什么一個hashCode的下標存的會有多個值?因為hashMap里面只能有唯一的key啊,所以只能有唯一的value在那個下標才對啊。這里就要提出一個新的概念哈希沖突的問題,借用網上的一個例子:
比如:數組的長度是5。這時有一個數據是6。那么如何把這個6存放到長度只有5的數組中呢。按照取模法,計算6%5,結果是1,那么就把6放到數組下標是1的位置。那么,7就應該放到2這個位置。到此位置,哈希沖突還沒有出現。這時,有個數據是11,按照取模法,11%5=1,也等于1。那么原來數組下標是1的地方已經有數了,是6。這時又計算出1這個位置,那么數組1這個位置,就必須儲存兩個數了。這時,就叫哈希沖突。沖突之后就要按照順序來存放了。所以這里Java中用的解決方法就是在這個hashCode上存一個List,當遇到相同的hashCode時,就往這個List里add元素就可以了。這才是hash原理的精髓所在啊!哈哈、糾結我一天。
三、HashMap的性能因子
容量(Capacity):散列表中的數量。
初始化容量(Initial capacity):創(chuàng)建散列表時桶的數量。HashMap 和 HashSet都允許你在構造器中制定初始化容量。
尺寸(Size):當前散列表中記錄的數量。
負載因子(Load factor):等于"size/capacity"。負載因子為0,表示空的散列表,0.5表示半滿的散列表,依次類推。輕負載的散列表具有沖突少、適宜插入與適宜查詢的特點(但是使用迭代器遍歷會變慢)。HashMap和hashSet的構造器允許你制定負載因子。這意味著,當負載達到制定值時,容器會自動成倍的增加容量,并將原有的對象重新分配,存入新的容器內(這稱為“重散列”rehashing)。HashMap默認的負載因子為0.75,這很好的權衡了時間和空間的成本。
備注:為使散列分布均衡,Java的散列函數都使用2的整數次方來作為散列表的理想容量。對現代的處理器來說,除法和求余是最慢的動作。使用2的整數次方的散列表,可用掩碼代替除法。因為get()是使用最多的操作,求余數的%操作是其開銷的大部分,而使用2的整數次方可以消除此開銷(也可能對hashCode()有些影響)
四、怎么重寫hashCode()
現在的IDE工具中,一般都能自動的幫我們重寫了hashCode()和equals()方法,但那或許并不是最優(yōu)的,重寫hashCode()有兩個原則:
必須速度快,并且必須有意義。也就是說,它必須基于對象的內容生成散列碼。
應該產生分布均勻的散列碼。如果散列碼都集中在一塊,那么在某些區(qū)域的負載就會變得很重。
下面是怎么寫出一份像樣的hashCode()的基本指導:
1、給int變量result 賦予某個非零值常量,例如 17。
2、為每個對象內每個有意義的屬性f (即每個可以做equals()的屬性)計算出一個 int 散列碼c:

3、合并計算得到的散列值:result=37*result+c;
4、返回 result;
5、檢查hashCode()最后生成的結果,確保相同的對象有相同的散列碼。
五、自定義HashMap
下面我們將自己寫一個hashMap,便于了解底層的原理,大家如果看的懂下面的代碼,也就很好的理解了hashCode的原理了。
/**
* Description:首先新建一個類作為map中存儲的對象并重寫了hashCode()和equals()方法
*/
public class MPair implements Map.Entry,Comparable
{
private Object key,value;
public MPair(Object key,Object value)
{
this.key = key;
this.value=value;
}
@Override
public int compareTo(Object o)
{
return ((Comparable)key).compareTo(((MPair)o).key);
}
@Override
public Object getKey()
{
return key;
}
@Override
public Object getValue()
{
return value;
}
@Override
public int hashCode()
{
int result = key != null ? key.hashCode() : 0;
result = 31 * result + (value != null ? value.hashCode() : 0);
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object o)
{
return key.equals(((MPair)o).key);
}
@Override
public Object setValue(Object v)
{
Object result=value;
this.value=v;
return result;
}
@Override
public String toString()
{
return "MPair{" + "key=" + key + ", value=" + value + '}';
}
public class SimpleHashMap extends AbstractMap
{
private static final int SZ=3;//定一個初始大小的哈希表容量
private LinkedList[] linkedLists=new LinkedList[SZ];//建一個hash數組,用linkedList實現
public Object put(Object key,Object value){
Object result=null;
int index=key.hashCode() % SZ;//對key的值做求模法求出index
if (index<0) index=-index;
if (linkedLists[index]==null) linkedLists[index]=new LinkedList();//如果這個index位置沒有對象,就新建一個
LinkedList linkedList = linkedLists[index];//取出這個index的對象linkedList
MPair mPair = new MPair(key,value);//新建要存儲的對象mPair
ListIterator listIterator = linkedList.listIterator();
boolean found =false;
while (listIterator.hasNext()){//遍歷這個index位置的List,如果查找到跟之前一樣的對象(根據equals來比較),則更新那個key對應的value
Object next = listIterator.next();
if (next.equals(mPair)){
result = ((MPair) next).getValue();
listIterator.set(mPair);//更新動作
found=true;
break;
}
}
if (!found) linkedLists[index].add(mPair);//如果沒有找到這個對象,則在這index的List對象上新增一個元素。
return result;
}
public Object get(Object key){
int index = key.hashCode() % SZ;
if (index<0) index=-index;
if (linkedLists[index]==null) return null;
LinkedList linkedList = linkedLists[index];
MPair mPair=new MPair(key,null);//新建一個空的對象值,因為equals()的比較是看他們的key是否相等,而在List中的遍歷對象的時候,是通過key來查找對象的。
ListIterator listIterator = linkedList.listIterator();
while (listIterator.hasNext()){
Object next = listIterator.next();
if (next.equals(mPair)) return ((MPair)next).getValue();//找到了這個key就返回這個value
}
return null;
}
@Override
public Set<Entry> entrySet()
{
Set set=new HashSet();
for (int i=0;i<linkedLists.length;i++){
if (linkedLists[i]==null) continue;
Iterator iterator = linkedLists[i].iterator();
while (iterator.hasNext()){
set.add(iterator.next());
}
}
return set;
}
public static void main(String[] args)
{
SimpleHashMap simpleHashMap=new SimpleHashMap();
simpleHashMap.put("1", "1");
simpleHashMap.put("2", "2");
simpleHashMap.put("3","3");
simpleHashMap.put("4","4");//這里有四個元素,其中key是1和key是4的index是一樣的,所以index為1的List上面存了兩個元素。
System.out.println(simpleHashMap);
Object o = simpleHashMap.get("1");
System.out.println(o);
Object o1 = simpleHashMap.get("4");
System.out.println(o1);
}
}
六、結語
不知道大家理解了沒?整了我一天,終于還算大概理解了其中的原理了。文筆比較粗糙,大家湊活看吧,畢竟,不會做飯的作家不是好程序員?。」?..... 或者,可能我有很多理解的不到位的地方,還請大家不吝指教!
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