Java中哈希表(Hashtable)是如何实现的

Java中哈希表(Hashtable)是如何实现的

Hashtable中有一个内部类Entry，用来保存单元数据，我们用来构建哈希表的每一个数据是Entry的一个实例。假设我们保存下面一组数据，第一列作为key, 第二列作为value。

{“one", 1}
{"two", 2}
{"three", 3}
{"four", 4}

写一个演示程序：

import java.util.Hashtable;

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Hashtable<String, Integer> numbers = new Hashtable<String, Integer>();
        numbers.put("one", 1);
        numbers.put("two", 2);
        numbers.put("three", 3);
        numbers.put("four", 4);
        numbers.put("five", 5);

        Integer n = numbers.get("two");
        Integer nn = numbers.get("six");
        
        if(n != null)
            System.out.println(n);
            System.out.println(nn);
    }
}

Hashtable内部用一个Entry数组table，来保存所有的数据。

当我们插入一个新的Entry对象时，即用Hashtable的put(key, value)方法。
在put方法里：
计算key的hash值
计算index值，作为数组table的下标，即table[index]
哈希表中根据key的索引值index，创建了多个bucket，所有index值一样的Entry对象，构造成一个链接表存放在同一个bucket里。既然是一个链接表，根据数据结构知识，自然我们的Entry对象需要有一个指向下一个对象的指针，即Entry对象需要有这些属性：key，value，next。

如何构造hash函数？

hash值，如何生成？对于每个对象的hash值，要保证每一个hash值都不一样。
在Java SDK中， String的hashCode方法如下：

//hash的初始值为0
public int hashCode() {
    int h = hash;
    if (h == 0 && value.length > 0) {
        char val[] = value;

        for (int i = 0; i < value.length; i++) {
            h = 31 * h + val[i];
        }
        hash = h;
    }
    return h;
}

index值，如何生成？这里要求保存的数据是均匀的分配在每一个bucket中，Hashtable源码中采用%操作(mod)使数据分布在编号为0~10的bucket中。
Hashtable中put方法的源码如下：

private int hash(Object k) {
    // hashSeed will be zero if alternative hashing is disabled.
    return hashSeed ^ k.hashCode();
}

public synchronized V put(K key, V value) {
    ... ...
    int hash = hash(key);
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    ... ...
}

这样数据存储到哈希表之后，当我们要查找或者说获取一个对象时候，采用同样的方式可以快速的找到我们需要的对象。

哈希表可以快速的找到一个元素。在有大量的数据的时候，比普通的顺序查找要快的多。
假设有10000条数据，如果采用顺序查找，最坏的情况下需要对比10000次能找到，最好的情况是1次。平均查找次数位(10000+1)/2，大约为5000次。
换一种方式，如果把10000条数据通过hash值索引分成10组，每一组有1000条数据，这样每一次只需要先确定是哪一组，然后在1000条数据里查找，这样最坏的情况是1000次， 最好的情况是1次。平均查找次数为(1000+1)/2 ，大约为500次。比上面的方法快了5倍。

我们常用的5种算法有顺序查找，二分法查找，二叉排序树查找，哈希表法查找，分块查找。Java的Hashtable即是用了哈希表法查找。