【算】从散列表到HashMap

数组

数组是咱们比较熟悉的一种数据结构：固定大小，索引（下标）对应的槽位用以存储数据：

咱们要在数组中查找一个值，好比红框圈中的 元素5 ，能够经过遍历或者排序后二分的方式达到目的。没有更快捷的查找方式了吗？显然是有的，好比Map。
咱们对存 / 取动一动脑筋，仍是上图的那些元素，假如咱们这样存：

此时，想获取 元素5 很容易，直接array[5]就能够，但问题也一样突出，数组的length变得很大。这个例子中，最大的元素是79，还能够接受，若是最大元素是98277呢？更大呢？

咱们以取余数的方式做为变通：对于元素集合{8,1,5,6,82,33}，还将这些元素放入最开始的length为6 的数组中。分别对元素除6取余，计算结果以下：

8->2 1->1 5->5 6->0 82->4 33->3

把余数做为下标，存入数组。

此时，咱们想在数组中查找是否存在元素5，只需对要查找的值——元素5，按数组的length取余5%6=5，直接array[5]便可。

这里的按数组的length取余，扮演的就是散列函数的角色！

散列函数

什么是散列函数？能够理解为，将元素尽量分散的打入到数组中的函数。

散列函数有两个特征：

• 对同一个元素，每次计算获得的值相同。好比上面的取余函数，5%6老是等于5。
• 尽量分散

同时也有两个疑问，分别看下：

问题1：数字能够取余，字符串和对象的散列函数怎么搞？

• 字符串

字符串的本质是字符数组，字符在ascii码表上就是数字。

• 对象

对象是各类属性构成的，这些属性包括基本类型、字符串等等。

固然具体的算法要比取来的复杂，好比String的hashCode算法：

public int hashCode() {
    int h = hash;
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;

        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        hash = h;
    }
    return h;
}

没错，各类hashCode()方法，就是咱们一直在聊的散列函数！

Tips:

围绕hashCode有几道经典面试题，正值跳槽季，给你们安利一下：

1.Object的hashCode是否是内存地址？
2.什么状况下会覆写hashCode()方法？你有没有覆写过这个方法？
3.若是对象A equals 对象B，则对象A和对象B的hashCode是否相等？反过来，对象A和对象B的hashCode值相等，equals是否返回true？

问题2：不一样元素的散列函数计算结果相同，怎么解决？

到目前为止，一切很顺利。length=6的数组完成了对集合{8,1,5,6,82,33}全部元素的安置，但这是最简单的状况。若是再增长一个数字，就选西方人认为不怎么吉利的 13 好了，取余计算13%6=1，本来应该放在索引为1的槽上，而咱们的数组如今已经满员了。

这就是hash冲突的问题，怎么解决？显然直接覆盖并不合理，那样会丢掉原有的元素1。想一想HashMap，若是发生了hash冲突，就丢弃原有值，这种作法使用者确定没法接收。

是时候让另外一种数据结构登场了——链表。

链表

数组占用相邻的整块内存，且固定大小；链表则否则，因为结构上存在指向下一个节点（内存地址）的指针，所以不要求内存地址连续，大小也不固定。

由于结构的缘故，链表在插入、删除方面更有优点，修改指针指向便可；而数组在快速定位某槽位上更具优点，链表只能从头遍历。

加入链表后，散列表升级成这样：

• 放入 Put

元素13放入时，计算hashCode为1（姑且按取余的方式进行理解）。若是索引为1的槽位为空，直接放入元素；若是索引为1的槽位已经存在元素，将该槽位存储结构变动为链表。

• 获取 Get

根据Key值，计算hashCode。若是hashCode，也就是索引对应的槽位为空或只有一个元素，直接返回该值；若是hashCode对应的槽位中的数据为链表结构，对链表进行遍历，直到找到与KEY equals的对象。

若是hash冲突比较多，会发生什么状况？

链表的无限扩张，会使得查询变得缓慢，咱们最初不就是想用散列表解决快速查找的问题吗？如上图这种状况，散列表几乎失去了意义，又回到了遍历查找的时代，这也是散列函数尽量将元素均匀分布的缘由。怎么解决？数组快要满时，对其扩容！

HashMap也是这么作的，初始值2^4=16的数组，默认0.75的扩容因子；当元素个数超过阈值，即16*0.75=12的时候，触发resize方法进行扩容。数组大小翻倍，元素rehash后放入相应的槽位。

能够看出，散列表就是HashMap的底层结构。固然了，JDK 1.8版本对其还有红黑树等优化，感兴趣可查阅 Java 8系列之从新认识HashMap

ok，本篇文章到此就告一段落了，下一篇咱们探讨下图的经典问题——最短路径，敬请关注！