ES262 Map的简单理解

内容纲要

新版ES262的Map应该和HasMap类似，理解HashMap基本就能理解Map，以下所有代码均为逻辑代码。

Map数据结构

数据结构中有数组和链表来实现对数据的存储，但这两者基本上是两个极端。

数组方式

数组存储区间是连续的，占用内存严重，故空间复杂的很大。但数组的二分查找时间复杂度小，为O(1)；数组的特点是：寻址容易，插入和删除困难；

链表方式

链表存储区间离散，占用内存比较宽松，故空间复杂度很小，但时间复杂度很大，达O（N）。链表的特点是：寻址困难，插入和删除容易。

哈希表方式

直接综合两者的特性，做出一种寻址容易，插入删除也容易的数据结构，就是哈希表。哈希表（(Hash table）既满足了数据的查找方便，同时不占用太多的内容空间，使用也十分方便。

哈希表有多种不同的实现方法，最常用的一种方法—— 拉链法，可以理解为“链表的数组” ，如图：

ES262 Map的简单理解

因此，哈希表是由数组+链表组成的，一个长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。

HashMap其实也是一个线性的数组实现的,所以可以理解为其存储数据的容器就是一个线性数组。这可能让我们很不解，一个线性的数组怎么实现按键值对来存取数据呢？这里HashMap有做一些处理。

首先HashMap里面实现一个静态内部类Entry，其重要的属性有 key , value, next，从属性key,value我们就能很明显的看出来Entry就是HashMap键值对实现的一个基础bean，我们上面说到HashMap的基础就是一个线性数组，这个数组就是Entry[]，Map里面的内容都保存在Entry[]里面。

实现原理

既然是线性数组，为什么能随机存取？这里Map用了算法，大致是这样实现：

逻辑代码：

// 存储时:
let hash:int = key.hashCode();
let index:int = hash % Entry[].length;
Entry[index] = value;

// 取值时:
let hash:int = key.hashCode();
let index:int = hash % Entry[].length;
return Entry[index];

put方法

这里有一个问题：如果两个key通过hash%Entry[].length得到的index相同，会不会被覆盖？

　　这里HashMap里面用到链式数据结构的一个概念。上面我们提到过Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。打个比方， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的index=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其index也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,index也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现index=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起。所以疑问不用担心。也就是说数组中存储的是最后插入的元素。到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。

public put(key: K, value: V): V {
    if (key == null)
        return putForNullKey(value);
    let hash: int = hash(key.hashCode());
    let i: int = indexFor(hash, table.length);
    for (let e: Entry = table[i]; e != null; e = e.next) {
        let k: Object;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
            let oldValue: V = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }

    modCount++;
    addEntry(hash, key, value, i);
    return null;
}

private addEntry(hash: int, key: K, value: V, bucketIndex: int): void {
    let e: Entry = table[bucketIndex];
    table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e);
    if (size++ >= threshold)
        resize(2 * table.length);
}

当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现，这里也说一下。比如：Entry[]的长度一定后，随着map里面数据的越来越长，这样同一个index的链就会很长，会不会影响性能？HashMap里面设置一个因子，随着map的size越来越大，Entry[]会以一定的规则加长长度。

get方法

public get(Object key): V {
    if (key == null)
        return getForNullKey();
    let hash: int = hash(key.hashCode());
    //先定位到数组元素，再遍历该元素处的链表
    for (let e: Entry = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
        let k: Object;
        if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
            return e.value;
    }
    return null;
}

键null的存取

null key总是存放在Entry[]数组的第一个元素。

private putForNullKey(value: V): V {
    for (let e: Entry = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null) {
            let oldValue: Entry = e.value;
            e.value = value;
            e.recordAccess(this);
            return oldValue;
        }
    }
    modCount++;
    addEntry(0, null, value, 0);
    return null;
}

private getForNullKey(): V {
    for (let e: Entry = table[0]; e != null; e = e.next) {
        if (e.key == null)
            return e.value;
    }
    return null;
}

取模

static indexFor(h: int, length: int): int {
    return h & (length - 1);
}

按位取并，作用上相当于取模mod或者取余%。
这意味着数组下标相同，并不表示hashCode相同。

table初始大小

public HashMap(initialCapacity: int, loadFactor: float) {
    //.....

    let capacity: int = 1;
    while (capacity < initialCapacity)
        capacity <<= 1;

    this.loadFactor = loadFactor;
    threshold = capacity * loadFactor;
    table = new Entry[capacity];
    init();
}

table初始大小并不是构造函数中的initialCapacity。而是 >= initialCapacity的2的n次幂！！！！

解决冲突

只需要遵循步骤：

  • 开放定址法（线性探测再散列，二次探测再散列，伪随机探测再散列）

  • 再哈希法

  • 链地址法

  • 建立一个公共溢出区

散列rehash

当哈希表的容量超过默认容量时，必须调整table的大小。当容量已经达到最大可能值时，那么该方法就将容量调整到Integer.MAX_VALUE返回，这时，需要创建一张新表，将原表的映射到新表中。

private resize(newCapacity: int): void {
    let oldTable: Entry = table;
    let oldCapacity: int = oldTable.length;
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return;
    }

    let newTable: Entry = new Entry[newCapacity];
    transfer(newTable);
    table = newTable;
    threshold = newCapacity * loadFactor;
}

private transfer(newTable: Entry): void {
    let src: Entry = table;
    newCapacity: int = newTable.length;
    for (let j: int = 0; j < src.length; j++) {
        let e: Entry = src[j];
        if (e != null) {
            src[j] = null;
            do {
                let next: Entry = e.next;
                //重新计算index
                let i: int = indexFor(e.hash, newCapacity);
                e.next = newTable[i];
                newTable[i] = e;
                e = next;
            } while (e != null);
        }
    }
}

code enjoy!😜😜😜

作者：indeex

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11月 11, 2020 ECMAScript No Comments »


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