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字典哈希表的实现原理

2019年06月06日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

两个数组

  • bucket数组：存储key的hash桶，桶指的是把hashcode分配到一定的范围内
  • entry数组：用来存储实现的值，它是一个单向链表，bucket总是存储链表的最后一个元素

实现方式

通过哈希桶来实现的k/v存储，通过key的hash码，再进行桶计算，生成一个在某个范围内的值，这就是桶的索引号，再把值存储到桶对应的entry里，桶bucket存储了entry的索引号，通过一个bucket可以直接或者间接找到一个entry.

  1. 直接找到：当hash没有冲突时，它存储的就是真实的entry索引
  2. 间接找到：当hash出现冲突(碰撞)时，它就会把当前最后的索引赋值这个新entry.next，而新的entry的索引就是现在的bucket的值。

实现流程图

graph lr key-->hashcode hashcode-->bucket桶运算 bucket桶运算-->得到bucket索引 得到bucket索引-->bucket值就是entry的索引 bucket值就是entry的索引-->x("↓")
graph lr bucket值就是entry的索引-->冲突解决 冲突解决-->单向链表next指向上一个值 单向链表next指向上一个值-->单身链表查找 单身链表查找-->返回结果

数组长度为素数

hash桶数全部使用的是质数，因为我们在hash的定义中，hash函数使用的是标准的求模函数，因此这样定义桶数有利于元素各个桶之间的均匀分布和减少hash相同值的碰撞概率。 例如：

举一个有点极端的例子，假设我们的元素全是偶数1,4,6,8,10,12,14,1,6,18,20,22

如果我们使用4个桶：

0: 4,8,12,16.20

1：

2：6,10,14,18,22

3：

很明显看出有的桶有很多元素，但是有的桶是空桶，如果我们改为使用3个桶：

0:  6,12,18

1：4,10,16,22

2：2,8,14,20

模拟一个字典的实现

@getter
@setter
class kvpair<k, t> {
  private k key;
  private t value;
  private int hashcode;
  private int next; //下一个元素的下标索引，如果没有下一个就为-1
}

/**
 * 模拟实现一个字典kv结构.
 *
 * @param <t>
 */
class mokihashmap<k, t> {
  static int[] primes = {
      3, 7, 11, 17, 23, 29, 37, 47, 59, 71, 89, 107, 131, 163, 197, 239, 293, 353, 431, 521, 631, 761, 919,
      1103, 1327, 1597, 1931, 2333, 2801, 3371, 4049, 4861, 5839, 7013, 8419, 10103, 12143, 14591,
      17519, 21023, 25229, 30293, 36353, 43627, 52361, 62851, 75431, 90523, 108631, 130363, 156437,
      187751, 225307, 270371, 324449, 389357, 467237, 560689, 672827, 807403, 968897, 1162687, 1395263,
      1674319, 2009191, 2411033, 2893249, 3471899, 4166287, 4999559, 5999471, 7199369};
  // 桶数组
  private int[] buckets;// 最新的entry的索引号，
  // 真实的数据
  private kvpair<k, t>[] entry; // entry根据next形成一个单链表
  private int count = 0;          // 当前entries的数量

  public mokihashmap() {
    buckets = new int[3];
    entry = new kvpair[3];
    for (int i = 0; i < buckets.length; i++) {
      buckets[i] = -1;
    }
  }

  private void resize() {
    int newlength = getprime(count);
    int[] newbuckets = new int[newlength];
    for (int i = 0; i < newbuckets.length; i++) {
      newbuckets[i] = -1;
    }
    kvpair<k, t>[] newentries = new kvpair[newlength];
    system.arraycopy(entry, 0, newentries, 0, count);
    system.arraycopy(buckets, 0, newbuckets, 0, count);
    entry = newentries;
    buckets = newbuckets;
  }

  /**
   * 得到某个key所在的hash桶
   *
   * @param key .
   * @return
   */
  private int gethashbucketindex(k key) {
    int len = buckets.length;
    int hashcode = key.hashcode();
    int index = hashcode & (len - 1);//len升级的hash桶
    return index;
  }

  /**
   * 得到较大的素数.
   *
   * @param min .
   * @return
   */
  private int getprime(int min) {
    if (min < 0) {
      throw new illegalargumentexception("最小为3");
    }
    for (int i = 0; i < primes.length; i++) {
      int prime = primes[i];
      if (prime > min) return prime;
    }

    return min;
  }

  public void add(k key, t value) {
    if (count == entry.length) {
      resize();
    }
    int index = gethashbucketindex(key);
    int entryindex = buckets[index];
    entry[count] = new kvpair();
    if (entryindex < 0) {
      entry[count].setnext(-1);
    } else {
      entry[count].setnext(buckets[index]);
    }
    entry[count].sethashcode(index);
    entry[count].setkey(key);
    entry[count].setvalue(value);
    buckets[index] = count;
    count = count + 1;
  }

  public t find(k key) {
    int entryindex = buckets[gethashbucketindex(key)];
    while (entry[entryindex].getnext() > -1) {
      if (entry[entryindex].getkey().equals(key)
          && entry[entryindex].gethashcode() == gethashbucketindex(key)) {
        return entry[entryindex].getvalue();
      }
      entryindex = entry[entryindex].getnext();
    }
    return null;
  }
}

public class kvtest {
  @test
  public void testdic() {
    mokihashmap<string, string> dic = new mokihashmap<>();
    dic.add("ok", "1");
    dic.add("zzl", "2");
    dic.add("lr", "3");
    dic.add("dd", "1");
    dic.add("a", "b");
    dic.add("b", "c");
    dic.add("d", "e");
    dic.add("e", "f");

    system.out.println("dic find:" + dic.find("a"));
  }
}

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