Java Map 接口介绍及 HashMap 原理

最新推荐文章于 2025-01-11 13:54:14 发布

Wyndam

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分类专栏：概念杂货铺文章标签： Java Map 散列函数除留余数法

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Map接口中键和值一一映射. 可以通过键来获取值。

给定一个键和一个值，你可以将该值存储在一个Map对象。之后，你可以通过键来访问对应的值。
当访问的值不存在的时候，方法就会抛出一个NoSuchElementException异常.
当对象的类型和Map里元素类型不兼容的时候，就会抛出一个 ClassCastException异常。
当在不允许使用Null对象的Map中使用Null对象，会抛出一个NullPointerException 异常。
当尝试修改一个只读的Map时，会抛出一个UnsupportedOperationException异常。

序号	方法描述
1	void clear( ) 从此映射中移除所有映射关系（可选操作）。
2	boolean containsKey(Object k) 如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。
3	boolean containsValue(Object v) 如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true。
4	Set entrySet( ) 返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。
5	boolean equals(Object obj) 比较指定的对象与此映射是否相等。
6	Object get(Object k) 返回指定键所映射的值；如果此映射不包含该键的映射关系，则返回 null。
7	int hashCode( ) 返回此映射的哈希码值。
8	boolean isEmpty( ) 如果此映射未包含键-值映射关系，则返回 true。
9	Set keySet( ) 返回此映射中包含的键的 Set 视图。
10	Object put(Object k, Object v) 将指定的值与此映射中的指定键关联（可选操作）。
11	void putAll(Map m) 从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中（可选操作）。
12	Object remove(Object k) 如果存在一个键的映射关系，则将其从此映射中移除（可选操作）。
13	int size( ) 返回此映射中的键-值映射关系数。
14	Collection values( ) 返回此映射中包含的值的 Collection 视图。

实例

下面的例子来解释Map的功能

import java.util.*;

public class CollectionsDemo {

   public static void main(String[] args) {
      Map m1 = new HashMap(); 
      m1.put("Zara", "8");
      m1.put("Mahnaz", "31");
      m1.put("Ayan", "12");
      m1.put("Daisy", "14");
      System.out.println();
      System.out.println(" Map Elements");
      System.out.print("\t" + m1);
   }
}

以上实例编译运行结果如下：

Map Elements
        {Mahnaz=31, Ayan=12, Daisy=14, Zara=8}

延伸：关于HashMap的进一步了解

介绍了HashMap处理冲突的方法，细讲了put()和get()方法，链接如下：

Java HashMap源码解析

个人参考王道书上内容补充一下散列函数相关知识：

散列函数构造方法

在构造散列函数时，必须注意以下几点：

1）散列函数的定义域必须包含全部需要存储的关键字，而值域的范围则依赖于散列表的大小或地址范围。

2）散列函数计算出来的地址应该能等概率、均匀地分布在整个地址空间中，从而减少冲突的发生。

3）散列函数应尽量简单，能够在较短的时间内计算出任一关键字对应的散列地址。

常用的散列函数

1）直接定址法

字面意思，根据某个线性函数值计算出散列地址，如:
H(key) = a×key + b
优点：简单且不易冲突，适合关键字分布基本连续的情况。

缺点：若关键字分布不连续，空位较多，则会造成存储空间的浪费。

2）除留余数法（最常用方法）

假定散列列表长m，取一个不大于m但最接近或等于m的质数p，利用以下公式把关键字转换成散列地址。散列函数为：
H(key) = key % p
关键：p的值需要仔细考虑，确保函数转换后等概率地映射到散列空间上的任意地址，从而减少冲突的可能性。

3）数字分析法

设关键字是r进制数（如十进制数），而r个数码在各位上出现的频率不一定相同，可能在某些位上分布均匀一些，每种数码出现的机会相等；而在某些位上分布不均匀，只有某几种数码经常出现，此时应选取数码分布较为均匀的若干位作为散列地址。

适用场景：适合于已知的关键字集合。

举例：对于公司员工联系方式来说，手机号前几位基本固定几种组合，则可以去后几位作为关键字进行散列存储。

注意：若更换了关键字(如联系方式从手机号变成固定座机)，则需要重新构造新的散列函数。

4）平方取中法

顾名思义，去关键字的平方值的中间几位作为散列地址。具体取多少位要视实际情况而定。

适用场景：关键字的每位取值都不够均匀或均小于散列地址所需的位数时。

举例：1234² = 1,522,756，取中间三位227；2345² = 5,499,025，取中间三位990。

优点：得到的散列地址于关键字的每位都有关系，因此使得散列地址分布比较均匀。

5）折叠法

将关键字分割成位数相同的几部分（最后一部分的位数可以短一些），然后去这几部分的叠加和作为散列地址。

适用场景：关键字位数很多，且关键字中的每位上数字分布大致均匀时。

举例：1,234,567,890，表长三位，可分为123 | 456 | 789 | 0，叠加求和123 + 456 + 789 + 0 = 1,368，取后三位得368。

处理冲突的方法

想让散列函数绝对地避免冲突是不可能的。为此，需要考虑在发生冲突时如何让关键字寻找下一个“空”的Hash地址。如下图所示：

Hash处理冲突的办法

注意：在开放地址的情况下，不能随便删除表中的已有元素，因为若删除元素，则会截断其他具有相同散列地址的元素的查找地址。因此，要删除一个元素时，可给它做一个逻辑标记，进行逻辑删除。但这样做的副作用是：执行多次删除操作之后，表面上看起来散列表很满，但实际上有许多位置未利用，因此需要定期维护散列表，要把删除标记的元素物理删除。