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容器深入研究 --- 散列与散列码(二)

为速度而散列:

SlowMap.java说明了创建一个新的Map并不困难。但正如它的名称SlowMap所示,它不会很快,如果有更好的选择就应该放弃它。它的问题在于对键的查询,键没有按照任何特定的顺序保存,所以只能使用简单的线性查询,而线性查询是最慢的查询方式。

散列的价值在于速度

散列使得查询得以快速进行。由于瓶颈在于键的查询速度,因此解决方案之一就是保持键的排序状态,然后使用Collections.binarySearch()进行查询。

散列则更进一步,它将键保存在某处,以便能够很快的找到。存储一组元素的最快数据结构是数组,所以使用它来表示键的信息(请小心留意,我说的是键的信息,而不是键本身)。但是因为数组不能调整容量,因此就有了一个问题:我们希望在Map中保存的数量是不确定的值,但是如果键的数量被数组的容量限制了,该怎么办呢?

答案就是:数组并不保存键本身。而是通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,由定义在Object中的、且可能由你的类覆盖的hashCode()方法(计算机科学术语称为散列函数)生成。

为了解决数组被固定的问题,不同的键可能产生相同的下标。也就是说,可能会有冲突。因此,数组多大就不重要了,任何键总能在数组中找到它的位置。

于是查询一个值的过程首先就是计算散列码然后使用散列码查询数组。如果能够保证没有冲突(如果值的数量是固定的,那么就有可能)那可能就是一个完美的散列函数,但是这种情况只是特例。通常,冲突由外部链接处理:数组并不直接保存值,而是保存值的list。然后对list中的值使用equals()方法进行线性的查询。这部分的查询自然会比较慢,但是,如果散列函数好的话,数组的每个位置就只有较少的值。因此,不是查询整个list,而是快速的跳到素数的某个位置,只对很少的元素进行比较。这边是HashMap快的原因。

理解了散列的原理,我们就能实现一个简单的散列Map了:

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 = http://www.mamicode.com/value;>
由于散列表中的“槽位”(slot)通常称为桶位(bucket),因此我们将表示实际散列表的数组命名为bucket。

为使散列分布均匀,桶的数量通常使用质数。注意,为了能够自动处理冲突,使用了一个LinkedList的数组;

每一个新的元素只是直接添加到list末尾的某个特定的桶位中。即使Java不允许你创建泛型数组,那你也可以创建指向这种数组的引用。这里,向上转型为这种数组是很方便的,这样可以防止在后面的代码中进行额外的转型。

对于put方法,hashCode()将针对键而被调用,并且其结果被强制转换为正数。为了是产生的数组适合bucket数组的大小,取摸操作符将按照该数组的尺寸取模。如果数组的某个位置是null,这表示还没有元素被散列至此,所以,为了保存刚散列到该定位的对象需要创建爱你一个新的LinkedList。一般的过程是,查看当前位置的list中是否有相同的元素,如果有,则将旧的值付给oldValue,然后用新值取代旧值。标记found用来跟踪是否找到旧的键值对,如果没有,则将新的添加到list的末尾。

get()方法按照与put()方法相同的方式计算bucktes数组中的索引(这很重要,保证计算出相同的位置)如果此位置存在,则进行查询。

注意,这个实现并不意味着对性能进行了调优;它只是想要展示散列映射表执行的各种操作。