第十七章-容器深入研究--散列与散列码

前面说到,存入HashMap、HashSet的元素必须定义equals()方法和HashCode()方法,默认的HashCode()方法是Object的方法,其生成的散列码是使用对象的地址计算散列码,所以你new出来的两个类是具有不同的散列码的,尽管我们有时候希望当两个对象具有向相同的属性的时候,那么认为它们是同一个对象,这个时候就需要根据自己的需求重写HashCode()方法了,同时你还应该覆盖equals()方法,equals()方法会判断这个元素是否存在容器中,在前面有说到,而默认的equals()方法也是比较的元素的地址,我们可以按照自己的需求覆盖equals()方法。


正确的equals()方法必须满足下列5个条件:
1.自反性。对任意的x, x.equals(x) 一定返回true;
2.对称性。对任意的x和y, 如果x.equals(y)返回true, 则y.equals(x)一定返回true;
3.传递性。对任意x、y、z, 如果有x.equals(y)返回true, y.equals(z) 返回true,则x.equals(z)一定返回true;
4.一致性。对任意x和y,如果对象中用于等价比较的信息没有改变,那么无论调用x.equals(y)多少次,返回的结果应该保持一致,要么一直是true,要么一直是false。
5.对任何不适null的x,x.equals(null)一定返回false。


为速度而散列

散列的价值在于速度:散列使得查询得以快速进行。散列将键保存在某处,以便能快速找到。存储一组元素最快的数据结构是数组,所以使用数组来表示键的信息(注意是信息而不是本身),数组并不保存键本身,而是同过键对象生成一个数字,将其作为数组的下标。这个数字就是散列码。
由于数组的容量是固定的,而容器的容量是不固定的,所以不能将Map的键直接存在数组里面,Map里面用来存储键的信息的是一个容量固定的数组,该数组装的是一个list,map通过计算对象的hashCode值,将hashCode值对该数组的size去余,然后将该余数作为数组的下标,将该对象作为键值放入数组下标位置的list里面,所以不同的键可能产生相同的下标,也就是可能产生冲突,当产生冲突时,将该键使用equals() 方法去与该键产生的下标的位置的list中的元素去比较,如果散列函数好的话,数组的每个位置的list只有较少的值,因此不是查询整个容器的元素,而是很快跳到数组的某个位置对很少的元素进行比较,这便是HashMap会如此快的原因。理解了散列的原理,就可以实现一个以下的简易的散列的Map了:
上代码:

public class SimpleHashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V>{

    private static final int SIZE = 997;

    LinkedList<MapEntry<K, V>>[] buckets = new LinkedList[SIZE];

    @Override
    public V put(K key, V value) {
        V oldValue = null;
        //对hashCode取余
        int index = Math.abs(key.hashCode()) % SIZE;
        if(buckets[index] == null){
            buckets[index] = new LinkedList<MapEntry<K, V>>();
        }
        LinkedList<MapEntry<K,V>> bucket = buckets[index];
        //标识符检查容器类是否有该键
        boolean found = false;
        ListIterator<MapEntry<K, V>> listIterator = bucket.listIterator();
        while(listIterator.hasNext()){
            MapEntry<K, V> mp = listIterator.next();
            if (mp.getKey().equals(key)){
                //该键存在,先将该键之前的值存起来,然后替换成要设置成的值,最后将标识符改成true表示该键存在
                oldValue = mp.getValue();
                listIterator.set(mp);
                found = true;
                break;
            }
        }
        //如果容器中这个键不存在
        if (!found){
            buckets[index].add(new MapEntry<K, V>(key, value));
        }

        return oldValue;
    }

    @Override
    public V get(Object key) {
        int index = Math.abs(key.hashCode()) % SIZE;
        if (buckets[index] == null) return null;
        LinkedList<MapEntry<K,V>> linkedList = buckets[index];
        ListIterator<MapEntry<K, V>> iterator = linkedList.listIterator();
        while(iterator.hasNext()){
            MapEntry<K, V> mapEntry = iterator.next();
            //若果找到key
            if (mapEntry.getKey().equals(key)){
                return mapEntry.getValue();
            }
        }
        return null;
    }

    @Override
    public Set<Entry<K, V>> entrySet() {
        Set<Map.Entry<K,V>> set = new HashSet<Entry<K, V>>();
        for (LinkedList<MapEntry<K, V>> bucket : buckets) {
            if (bucket == null) continue;
            for (MapEntry<K, V> mapEntry : bucket) {
                set.add(mapEntry);
            }
        }
        return set;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SimpleHashMap<String, String> m = new SimpleHashMap<String, String>();
        m.put("key1","value1");
        m.put("key2","value2");
        m.put("key3","value3");
        System.out.println(m);
        System.out.println(m.get("key2"));
        System.out.println(m.entrySet());
    }

}

MapEntry是一个自己写的十分简单的类,该类实现了Map.Entry接口,可以保存和读取键与值,它的entrySet()用来产生键值对的Set.

/**
MapEntry.java
*/
public class MapEntry<K, V> implements Map.Entry<K, V> {

    private K key;

    private V value;

    public MapEntry(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    @Override
    public K getKey() {
        return key;
    }

    @Override
    public V getValue() {
        return value;
    }

    @Override
    public V setValue(V value) {
        V result = this.value;
        this.value = value;
        return result;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return (key ==null ? 0 : key.hashCode())^(value == null ? 0 : value.hashCode());
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (!(obj instanceof MapEntry)){
            return false;
        }
        MapEntry me = (MapEntry) obj;
        return (key == null ? me.getKey() == null : key.equals(me.getKey())) &&
                (value == null ? me.getValue() == null : value.equals(me.getValue()));
    }

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

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