JAVA HashMap源码分析：真假HashMap
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Java

1214 字
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22 分钟

本文将用启发式的方式去做java hashmap的源码分析。

刚入门ACM的时候，经常会处理字符串相关问题。下面有一道很常规的题：

计算一个小写英文字符串中每个字符出现的频率。

如果不了解ASCII，用Java直接实现：

public class TestMap {
  public static void main(String[] args) {
    String input = "abcdefade";
    Map<Character, Integer> charMap = new HashMap<Character, Integer>();
    for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
      char c = input.charAt(i);
      Integer count = charMap.get(c);
      count = count==null?1:count+1;
      charMap.put(c, count);
    }
    for (Entry<Character, Integer> entry : charMap.entrySet()) {
      System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
    }
  }
}

但是熟悉ACM，一般都会写成如下：

public class TestMap2 {
  public static void main(String[] args) {
    String input = "abcdefade";
    int[] counts = new int[26];
    for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
      char c = input.charAt(i);
      counts[c-97]++;
    }
    for (int i = 0; i < counts.length; i++) {
      if(counts[i] != 0) {
        System.out.println((char)(i+97) + ":" +  counts[i]);
      }
    }
  }
}

稍微变化一下，我们就得到了假的HashMap。

public class TestMap2 {
  public static void main(String[] args) {
    String input = "abcdefade";
    PseudoMap charMap = new PseudoMap();
    for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
      char c = input.charAt(i);
      Integer count = charMap.get(c);
      count = count==0?1:count+1;
      charMap.put(c, count);
    }
    charMap.print();
  }
  
  private static class PseudoMap {
    private int[] counts = new int[26];
    
    public void put(char c, int count) {
      counts[c-97] = count;
    }
    
    public int get(char c) {
      return counts[c-97];
    }
    
    public void print() {
      for (int i = 0; i < counts.length; i++) {
        if(counts[i] != 0) {
          System.out.println((char)(i+97) + ":" +  counts[i]);
        }
      }
    }
  }
}

对比一下我们不难发现，map的本质就是以key为下标数组，是运用了计算机中空间换时间这种常用思想。不过上述的假map中有一个显而易见的问题，就是key值必须是char类型，如何扩展到所有类型是一个必须要解决的问题。这时候就要轮到hash算法登场了。Java中的hash算法一般都是根据对象的情况来算出int型的hashcode，例如Integer就是本身，String是s[0]*31^(n-1) + s[1]*31^(n-2) + ... + s[n-1]等，这时候我们通过hashcode作为下标就能解决只能是char类型的限制。代码如下：

public class TestMap3 {
  public static void main(String[] args) {
    String input = "abcdefade";
    PseudoMap<Character, Integer> charMap = new PseudoMap<Character, Integer>();
    for (int i = 0; i < input.length(); i++) {
      char c = input.charAt(i);
      Integer count = charMap.get(c);
      count = count==null?1:count+1;
      charMap.put(c, count);
    }
    charMap.print();
  }
  
  private static class PseudoMap<K, V> {
    private Node<K, V>[] table = (Node<K,V>[])new Node[1000];
    
    public void put(K key, V value) {
      table[key.hashCode()] = new Node(key, value);
    }
    
    public V get(K key) {
      Node<K, V> node = table[key.hashCode()];
      return node==null?null:node.getValue();
    }
    
    public void print() {
      for (int i = 0; i < table.length; i++) {
        if(table[i] != null) {
          System.out.println(table[i]);
        }
      }
    }
    
    private static class Node<K, V> {
      K key;
      V value;
      
      public Node(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
      }

      public V getValue() {
        return value;
      }
      
      @Override
      public String toString() {
        return key + ":" + value;
      }
    }
  }
}

但是这时候又会带了新的问题：hashcode是int，int值很大，不可能直接就创建一个int上限的数组。如何让一个int变成一定范围内的数值，我们不妨把问题变成如何把问题变成如何让一个int变成10以内的正整数（0-9），显而易见用取余mod。变换一下代码如下：

 private static class PseudoMap<K, V> {
    private int len = 10;    
    public void put(K key, V value) {
      int i = key.hashCode() % len;
      table[i] = new Node(key, value);
    }
    
    public V get(K key) {
      int i = key.hashCode() % len;
      Node<K, V> node = table[i];
      return node==null?null:node.getValue();
    }
}

10进制一般用于数学计算，2进制一般用于计算机，所以我们不妨取len为2^n。如果len = 8，8的二进制是1000，任何一个int数m能表示成二进制bb...bbaaa(b,a都是0，1)，即m=8*(bb...bb)+aaa，对8取余就是aaa，所以如果len是2^n，余数就是m二进制取后n-1，所以modM=m%len=m&(len-1)，变换一下代码如下：

private static class PseudoMap<K, V> {
    private int len = 1 << 4;
    private Node<K, V>[] table = (Node<K,V>[])new Node[len];
    
    public void put(K key, V value) {
      table[getIndex(key.hashCode())] = new Node(key, value);
    }
    
    public V get(K key) {
      Node<K, V> node = table[getIndex(key.hashCode())];
      return node==null?null:node.getValue();
    }
    
    private int getIndex(int hashCode) {
      return hashCode & (len-1);
    }
}

借助取余的思想能解决数组上限的问题，但是会加剧冲突hash冲突，例如1和17，对于16取余都是1，解决这个问题可以在每个table的位置上放多个元素。这边我们用链表来实现：

private static class PseudoMap<K, V> {
    private int len = 1 << 4;
    private Node<K, V>[] table = (Node<K,V>[])new Node[len];
    
    public void put(K key, V value) {
      int index = getIndex(key.hashCode());
      Node<K, V> node = table[index];
      if(node == null) {
        table[index] = new Node(key, value, null);
      } else {
        Node<K, V> tempNode = node;
        while(true) {
          if(tempNode.getKey().equals(key)) {
            tempNode.setValue(value);
            break;
          }
          if(tempNode.getNext() == null) {
            table[index] = new Node(key, value, node);
            break;
          } else {
            tempNode = tempNode.getNext();
          }
        }
      }
    }
    
    public V get(K key) {
      V v = null;
      Node<K, V> node = table[getIndex(key.hashCode())];
      if(node != null) {
        while(true) {
          if(node.getKey().equals(key)) {
            v = node.getValue();
            break;
          }
          if(node.getNext() == null) {
            break;
          } else {
            node = node.getNext();
          }
        }
      }
      return v;
    }
    
    private int getIndex(int hashCode) {
      return hashCode & (len-1);
    }
    
    public void print() {
      for (int i = 0; i < table.length; i++) {
        if(table[i] != null) {
          System.out.println(table[i]);
        }
      }
    }
    
    private static class Node<K, V> {
      K key;
      V value;
      Node<K, V> next;
      
      public Node(K key, V value, Node<K, V> next) {
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
      }
      
      public K getKey() {
        return key;
      }

      public V getValue() {
        return value;
      }
      
      public void setValue(V value) {
        this.value = value;
      }

      public Node<K, V> getNext() {
        return next;
      }

      @Override
      public String toString() {
        return key + ":" + value;
      }
    }
  }

如果len是固定大小，随着数据量的增涨，必然会导致链表过长。链表的查询效率是O(n)，多链表或者链表过长，都会影响查询效率。解决这个问题就是尽量让node均匀分布在table中，所以要按需扩容。简单实现我们可以当数据个数==len选择扩容。代码如下：

 private static class PseudoMap<K, V> {
    private int len = 1 << 4;
    private Node<K, V>[] table = (Node<K,V>[])new Node[len];
    private int size = 0;
    
    public void put(K key, V value) {
      int hash = key.hashCode();
      int index = getIndex(hash);
      Node<K, V> node = table[index];
      if(node == null) {
        table[index] = new Node<K,V>(hash,key, value, null);
      } else {
        Node<K, V> tempNode = node;
        while(true) {
          if(tempNode.getKey().equals(key)) {
            tempNode.setValue(value);
            break;
          }
          if(tempNode.getNext() == null) {
            table[index] = new Node<K,V>(hash, key, value, node);
            break;
          } else {
            tempNode = tempNode.getNext();
          }
        }
      }
      size++;
      if(size >= len) {
        resize();
      }
    }
    
    private void resize() {
      int oldLen = len;
      len = len << 1;
      Node<K, V>[] newTable = (Node<K,V>[])new Node[len];
      //copy table => newTable
      for (int i = 0; i < oldLen; i++) {
        Node<K,V> node = table[i];
        if(node == null) {
          continue;
        }
        // if i=1
        // when len=16, key is 1 17 33 65
        // when len=32, 1 33 -> index 1, 17 65 -> index 17(1+len)
        while(true) {
          int index = (node.hash&oldLen)==0?i:i+oldLen;
          newTable[index] = new Node<K, V>(node.getHash(), node.getKey(), node.getValue(), newTable[index]);
          if(node.getNext() != null) {
            node = node.getNext();
          } else {
            break;
          }
        }
      }
      table = newTable;
    }
    
    public V get(K key) {
      V v = null;
      Node<K, V> node = table[getIndex(key.hashCode())];
      if(node != null) {
        while(true) {
          if(node.getKey().equals(key)) {
            v = node.getValue();
            break;
          }
          if(node.getNext() == null) {
            break;
          } else {
            node = node.getNext();
          }
        }
      }
      return v;
    }
    
    private int getIndex(int hashCode) {
      return hashCode & (len-1);
    }
    
    public void print() {
      for (int i = 0; i < table.length; i++) {
        if(table[i] != null) {
          System.out.println(table[i]);
        }
      }
    }
    
    private static class Node<K, V> {
      int hash;
      K key;
      V value;
      Node<K, V> next;
      
      public Node(int hash, K key, V value, Node<K, V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
      }
      
      public int getHash() {
        return hash;
      }

      public K getKey() {
        return key;
      }

      public V getValue() {
        return value;
      }
      
      public void setValue(V value) {
        this.value = value;
      }

      public Node<K, V> getNext() {
        return next;
      }

      @Override
      public String toString() {
        return key + ":" + value;
      }
    }
  }

到此我们的假hashMap就基本完成了，但是其实它还有很多细节没有完善，如果有感兴趣的，可以去看一下HashMap的源码，一定会有更多的理解。 代码只是本人一点拙见，如有任何问题，望斧正。 ​

未经允许禁止转载~
hashmapJAVA源码分析
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