【Java集合学习】HashMap源码之“拉链法”散列冲突的解决

1.HashMap的概念

HashMap 是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。

HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap 的实现不是同步的，这意味着它是线程不安全的。它的key、value都可以为null。此外，HashMap中的映射是无序的。

　　本文重点是介绍HashMap中的“拉链法”解决散列冲突。如果想了解其他方面的知识可参考http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3310835.html。

下面先介绍一下散列表及散列冲突的基本概念。

 

2.Hash表的概念

　　我们知道，有一种数据结构能够快速地查找所需的对象（O（1）时间复杂度），这就是散列表（hash table）。散列码（hash code）是由对象的实例产生的一个整数。

更准确的说，具有不同的数据域的对象将产生不同的散列码。如下图（这里顺带提一下散列表的概念，即哈希表的概念）：

　　设所有可能出现的关键字集合记为U(简称全集)。实际发生(即实际存储)的关键字集合记为K（|K|比|U|小得多）。
    　散列方法是使用函数h将U映射到表T[0..m-1]的下标上（m=O(|U|)）。这样以U中关键字为自变量，以h为函数的运算结果就是相应结点的存储地址。从而达到在O(1)时间内就可完成查找。
  　 其中：
　    ① h：U→{0，1，2，…，m-1} ，通常称h为散列函数(Hash Function)。散列函数h的作用是压缩待处理的下标范围，使待处理的|U|个值减少到m个值，从而降低空间开销。
    　② T为散列表(Hash Table)。
    　③ h(K_i)(K_i∈U)是关键字为K_i结点存储地址(亦称散列值或散列地址)。
    　④ 将结点按其关键字的散列地址存储到散列表中的过程称为散列(Hashing)

3.散列冲突

　　两个不同的关键字，由于散列函数值相同，因而被映射到同一表位置上。该现象称为冲突(Collision)或碰撞。发生冲突的两个关键字称为该散列函数的同义词(Synonym)。

上图中的k₂≠k₅，但h(k₂)=h(k₅)，故k₂和K₅所在的结点的存储地址相同。

有了冲突，那自然要尽可能地去避免冲突。那么如何安全避免冲突呢？有两个条件：

1. 其一是|U|≤m；
2. 另一个是设计合适的哈希函数。

　　 这只适用于|U|较小，且关键字均事先已知的情况，此时经过精心设计散列函数h有可能完全避免冲突。通常情况下，h是一个压缩映像。虽然|K|≤m（已知的关键字），但|U|>m（未知的关键字），故无论怎样设计h，也不可能完全避免冲突。因此，只能在设计h时尽可能使冲突最少。同时还需要确定解决冲突的方法，使发生冲突的同义词能够存储到表中。

　　HashMap中采用的“拉链法”就是一种冲突解决的方式（hash函数的设计才是冲突避免，但不是一种完全的冲突解决方法），如下图所示为“拉链法”结构。

　　但是HashMap中的节点是Map.Entry类型的，而不是简单的value，如下图所示，左边是一个Node<K,V>[] table数组（在jdk6中是Entry<K,V>数组），Node是Map.Entry的实现类。

　　那么它是如何解决冲突的呢？即key值不同的两个或多个Map.Entry<K,V>可能会插在同一个桶下面，但是当查找到某个特定的hash值的时候，下面挂了很多个<K,V>映射，怎么确定哪个是我要找的那个<K,V>呢？这就是HashMap底层结构的一个亮点，在它的Entry中不仅仅只是插入value的，他是插入整个Entry 的，里面包含key和value的，所以能识别同一个hash值下的不同Map.Entry,想要了解更多，建议查看源码。