Java 里的HashMap(HashTable) 简介.

之前已经介绍过Java的另1个容器HashSet. 其实HashMap的存储原来跟HashSet区别不大, 可以说是HashSet的1个扩展.

一,预备知识: 哈希表

我们可以把哈希表看做是1个特别的容器.

1.1 哈希表的定义

对于1个一般的容器, 无论是List, Queue, 或者Tree, 如果要放入1个新元素(数据), 一般就会放在上1个元素的后1个位置.

也就是说元素在容器的位置跟这个元素本身是无关的.

这些容器实现起来很简单, 但是在容器里查找1个元素, 往往需要遍历容器中的每个位置, 值到找到这个元素.

如果容器的元素足够多, 查找1个元素往往就是1个很耗费成本的行为.

哈希表(Hash Table) 也叫散列表. 如果要放入1个元素, 哈希表会根据这个元素计算出对应的位置. 然后把这个元素放到那个位置中.

如果要查找1个元素, 也是根据这个元素计算出(也可以叫映射)对应的位置, 就直接找到了, 不须遍历容器.

也就是说哈希表内的元素的存放位置是由元素本身决定的.

上面的定义只是哈希表的简单概念. 人类还没设计出1个完美的哈希表.

1.2 哈希表的优势

根据定义我们就可以看出, 元素的检索速度, 也就是查找性能是哈希表的优势了.

因为哈希表能直接计算出1个元素的位置, 而不需要逐个位置地遍历容器.

1.3 哈希表的实现

问题是在编程中如何实现1个哈希表?

首先, 我们需要存放的一个元素提供1个键值(Key), 而且要求两个元素不能具有1个相同的key.

然后哈希表回用1个算法(哈希算法) 根据key计算出1个位置(index).

然后把这个元素放到那个位置中, 如果那个位置已经存在其他元素, 则会被覆盖.

而查找1个元素, 也要这个元素提供一个key, 然后根据哈希算法. 算出这个元素应该放的位置, 然后直接去那个位置访问这个元素.

1.4 哈希算法

根据1.3就可以得知, 所谓哈希算法就是根据1个key计算出的元素(value)在哈希表的位置的算法.

不同的哈希表很可能有不同的哈希算法.

哈希算法的实现并不简单, 这个算法的实现要考虑如下几点:

1.计算出的结果(元素存放位置)必须在1个范围之内(容器所占的内存范围), 否则导致超界.

2.根据不同的key(参数)保证得出不同的结果(return value). 这个优先级别比第一点要低.

所以哈希算法的实现是1个相当复杂的行为, 所幸在java中hash容器已经帮我们写好封装好了.

1.5 哈希冲突.

一旦哈希算法根据多个不同的key, 返回同1个位置. 这就是哈希冲突了.

有人说这是哈希算法的问题? 实际上因为哈希表的容量和范围所限,几乎所有哈希算法都不能避免哈希冲突.

只能减少哈希冲突发生的几率.

哈希冲突不能避免, 但是能够解决.

加入有2个元素, 它们的key都被映射到相同1个位置, 为了避免其中1个元素覆盖掉另1个元素.

我们可以让那个位置不放置任何元素, 而是放置1个子链表的头部地址, 然后把那两个元素放入到那个子链表中.

如下图:

上图每1个子链表里的对象的key都不同, 但是它们的key都映射到同1个位置(哈希冲突).

带来的缺点就是查找发生哈希冲突的元素还是需要在子链表中遍历.

1.6 哈希因子

假如1个哈希表容器的所占内存(初始容量)是10个单位, 而我们要存放10个元素.

几乎没有哈希算法能根据这个10个元素的key分别指向这个容器的10个不同位置.

只能保证映射的位置在这个哈希表的范围之内. 所以哈希冲突就很可能发生了.

为了尽量减少哈希冲突的几率. 往往我们需要扩大哈希表的容量.

例如我们安排1个具有100个容量单位的哈希表去存放10个元素. 哈希冲突的几率就大大减少了.

假如我们安排1个安排10000个容量单位的哈希表区存放10个元素, 就几乎不存在哈希冲突了. 哈希算法的实现也容易得多.

所以我们把哈希表需要存放的元素个数, 和哈希表所占内存的单位个数的比成为哈希因子.

哈希因子在0与1之间.

如果哈希因子很小, 则代表哈希冲突几率小, 但是很耗费内存空间(很多位置不存放数据)

相反, 如果哈希因子接近1, 则代表哈希冲突的几率很大.

1.7 哈希表的缺点

哈希表性能优点在1.2时提到过了, 缺点也很明显, 就是我们为了避免哈希冲突, 往往需要比实际存放的数据更大的空间.

1.8 哈希表小结

1.哈希表会根据数据的主键(key)算出数据的存放位置.

2.哈希表主要为了提高数据的存储速度而设计的.

3.哈希表是人类的一种追求, 人类很难设计出完美的哈希表.

4.几乎所有哈希表都回产生哈希冲突.

5.哈希冲突是可以解决的.

二,Map接口

我们常常见到在Java中见到HashMap这个容器, 往往有人叫它做哈希图.

实际在编程中, Map不是图的意思, 而是映射.

所以HashMap的中文翻译本屌觉得更应该是"哈希映射". 但是一般叫它左哈希表就ok了.

HashMap和HashTable都实现了Map接口.

又上面架构图得知, Map也是1个接口, 但是这个接口没有继承自Collection接口.

因为Map接口不只是存放数据的本身(value), 还需要存放数据提供的主键(Key).

这种key 和 value的组后就是所谓的键值对(Key-Value), 而Map接口就是为了实现存放键值对的容器而设计的.

定义如下:

Map保存所谓的'键值对'(Key - Value)信息, 映射中不能出现重复的键(key), 每个键最多只能映射一个值.

三,HashMap 和 HashTable简介.

实际上HashMap和HashTable都继承了Map接口. 两者都可以被成为"哈希表"

两者的用法是基本上一样的, 只不过HashTable里面的方法是同步的(类似于Vector和ArrayList的区别), 而且HashTable不能存放NULL元素.

3.1 HashSet的内存存储机制

提到HashMap 不得不提HashSet啊

HashSet可以讲也体现了哈希表的原理.

HashSet是根据元素对象的.hashCode()来作为Key值的.

而是根据equals()方法来比较两个重复的元素. 避免哈希冲突.

如下图:

所以放入HashSet的对象必须重写hashCode() 和 equals()方法.

关于HashSet的内存存储机制.

请参考之前的博文,

http://blog.csdn.net/nvd11/article/details/27716511

3.1 HashMap的内存存储机制

HashMap的内存机制其实跟HashSet很类似, 可以说HashMap是HashSet的一个扩展.

HashSet: 存储数据本身, 以数据的hashCode()作为Key

HashCode:. 要求数据提供额外的对象作为Key, 先存储Key. 然后再存储对象, 就是存储(key-value)了.

也就是说 HashCode本身包含1个只存放key对象的1个HashSet, 这个HashSet内的每个Key再指向1个Value.

我们可以看出.

HashMap是以Key对象的hashCode()来计算存储位置, 以key对象的equals()方法来解决哈希冲突.

所以, 对于HashMap, 数据对象提供的key对象必须重写hashCode()和 equals()方法.

建议利用int变量作为key, 因为int变量会被自动装箱成interger变量. 而integer类是已经被重写hashCode()和equals()方法的.

3.1 HashMap的常用方法.

3.1.1 Object put(Object key, Object value)

Map容器是没有add方法, 相应地提供了put方法来将1个对象放入容器.

1.put方法根据key对象的hashCode()方法计算出存储位置, 如果该位置已有元素, 则覆盖它.

2.而且返回被覆盖的元素对象, 如果之前的位置为空,则返回NULL.

值得记住的就是这个方法的参数, key在前 value在后面.

3.1.2 Object put ALL(Map m)

把Map容器m的所有元素加入到当前容器中, 这个方法可能会覆盖多个已有元素.

3.1.3 Object get(Object key)

根据提供的key对象返回要获取的数据对象. 如果容器不存在key对应的对象, 则返回NULL..

get()方法和Put()方法是最常用的方法.

3.1.4 int size();

当前容器元素个数.

3.1.5 boolean containsKey(Object key);

判断Map容器内是否存在key对象key.

3.1.6 boolean containsValue(Object value);

判断Map容器内是否存在对象value. 注意这个方法没有提供key, 所以会导致遍历容器, 不建议使用.

3.1.7 Object remove(Object key);

根据提供的key对象在容器中移除对应的键值对, 而且返回被移除的元素对象.

3.1.8 void clear()

清空容器..

3.2 HashMap的遍历, keySet()方法介绍.

如果想遍历HashMap容器的所有元素, 利用循环不不可行的.

但是HashMap提供了1个方法keySet()

它返回1个Set(注意不是HashSet), 里面包含了所有key对象的集合.

然后我们利用interator()方法遍历keySet()中的每个key对象, 则可以遍历每个对应的元素对象了.

例子:

import  java.util.HashMap;
import  java.util.Set;
import  java.util.Iterator;class Student{int id;private String name;public Student(int id, String name){this.id =  id;this.name = name;}public String toString(){return this.id + ": " + this.name;}
}public class HashMap1{public static void f(){HashMap hm = new HashMap();Student st = new Student(1,"Jack");hm.put(st.id, st);st = new Student(2,"Bill");hm.put(st.id, st);st = new Student(3,"Carlos");hm.put(st.id, st);st = new Student(4,"Alice");hm.put(st.id, st);System.out.println(hm.get(4));//get the HashSet of keysSet keyset = hm.keySet();Iterator it = keyset.iterator();while(it.hasNext()){st = (Student)hm.get(it.next());    System.out.println(st);}}
}

输出:

     [java] 4: Alice[java] 1: Jack[java] 2: Bill[java] 3: Carlos[java] 4: Alice