Hash算法

 

Hash算法分析

学了这么久的java，但一直不知道HashCode到底是怎么回事，现在对HashCode做一下简单的分析。

java中集合分为两类，一类是List，一类是Set。前者是有序的，可以存储重复的元素，后者是无序的，不可存放重复的元素。那现在

就有一个问题，Set是怎么判断一个元素是否重复的。Object类中有个equals（）方法，用它来判断一个元素是否重复，但如果每添加一

个元素就进行一次判断，那当元素过多的时候，很明显会降低效率，于是有了哈希表的原理。HashCode的方法实际上是返回了对象的地址

当存放一个元素时会调用Hashcode方法，如果返回的地址没有存放对象时就直接把要存放的对象存入，如果相同，则进行equals（）来比

较两个对象是否相同，如果相同则不再存入，否则进行散列，存放到其他位置。所以比较的次数减小了，（1--2次）效率自然就高了。

这里我们首先要明白一个问题： 

equals()相等的两个对象，hashcode()一定相等； 

equals（）不相等的两个对象，却并不能证明他们的hashcode()不相等。换句话说，equals()方法不相等的两个对象，hashcode()有

可能相等。（我的理解是由于哈希码在生成的时候产生冲突造成的）。 反过来：hashcode()不等，一定能推出equals()也不等；

hashcode()相等，equals()可能相等，也可能不等。

//测试代码

public class Test1 {
	public static void main(String []arg){
		String s1 = new String("aaa");
		String s2 = new String("aaa");
		String s3 = "aaa";
		String s4 = "aaa";
		System.out.println(s1 == s2);			//false
		System.out.println(s3 == s4);			//true
		System.out.println(s1 == s3);			//false
		System.out.println(s1.hashCode());		//96321
		System.out.println(s2.hashCode());		//96321
		System.out.println(s3.hashCode());		//96321
		System.out.println(s4.hashCode());		//96321
	}
}

 上述代码说明两个对象不相等，但hashCode可能相同。

下面我们一起来分析一下hashcode在HashSet，HashMap和Hashtable中的使用。

HashSet是实现了Set接口，存放的元素时无序性的，不可重复的，那它是怎么判断一个元素是否重复的呢，我们来分析一下。

java中判断两个元素相等的规则有两点：

1)，判断两个对象的hashCode是否相等 

      如果不相等，认为两个对象也不相等，完毕 

      如果相等，转入2) 

（这一点只是为了提高存储效率而要求的，其实理论上没有也可以，但如果没有，实际使用时效率会大大降低，所以我们这里将其做为必

需的。） 

2)，判断两个对象用equals运算是否相等 

      如果不相等，认为两个对象也不相等 

      如果相等，认为两个对象相等（equals()是判断两个对象是否相等的关键） 

为什么是两条准则，难道用第一条不行吗？不行，因为前面已经说了，hashcode()相等时，equals()方法也可能不等，所以必须用第2条

准则进行限制，才能保证加入的为非重复元素。

 

//测试代码
/**
 *学生类
 */
public class Student {
	String name;
	public Student(String name){
		this.name = name;
	}
}
//***************************************************
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class Test2 {
	public static void main(String []arg){
		Student s1 = new Student("zhao");
		Student s2 = new Student("qian");
		Student s3 = new Student("sun");
		Student s4 = new Student("zhao");
		HashSet<Student> set = new HashSet<Student>();
		set.add(s1);
		set.add(s2);
		set.add(s3);
		set.add(s4);
		System.out.println(s1.hashCode());
		System.out.println(s4.hashCode());
		Iterator<Student> it = set.iterator();
		while(it.hasNext()){
			System.out.println(it.next().name);
		}
	}
}
输出结果：
427340025
594763966
zhao
zhao
qian
sun

 这个结果说明了set中存放了两个相同的元素。那是不是它违背了Set存放元素的原则呢？其实并不是的。那为什么用String创建的两个对象

的hashcode值是相同的呢。

String中的hashcode方法：

 

public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && count > 0) {
            int off = offset;
            char val[] = value;
            int len = count;

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

 它是重写了父类的hashcode方法，而我们定义的Student类并没有重写Object类的hashcode方法，因此他会存入两个相同的元素。

对Student类进行修改，代码如下：

 

public class Student {
	String name;
	public Student(String name){
		this.name = name;
	}
	//重写父类的hashCode方法
	public int hashCode(){
		return this.name.hashCode();
	}
	//重写equals方法
	public boolean equals(Object o){
		Student s = (Student)o;
		return s.name.equals(this.name);
	}
}
再次运行
结果：
3737564
3737564
zhao
qian
sun

 这样它就不会再加入相同的元素了。

这里要进一步说明一下，判断两个对象是否相同，用equals方法完全可以判断，加hashcode方法并不是必须的，而加hashcode方法主要

是为了提高效率，因为如果每次都进行equals方法进行判断的话会降低效率。（为什么就不用再解释了）

明白了Hash的原理，我们就可以自己写一个Hash的程序了。最基本的功能（增，删，改，查），当处理比较多的数据时，我们看看自己

写的Hash集合是否能应付得了这些数据。

我们自己写一个Hash集合的时候要注意，如果我们把每个数据看成一个节点，那我们首先要考虑的是用什么数据结构来存放这些节点，如

果用数组虽然会方便查找，但对处理大数据的时候则要考虑内存是否够用，而且对数据的增删操作会比较复杂。而用链表有不方便查找，

所以我们要用两者的结合体，创建一个数组，每个单元存放一个链表。首先我们通过自己写的hashcode方法确定该节点要放的位置，如果

没有冲突，则放入。否则放到该节点所在的链表上。

 

//确定节点存放位置的方法（求余数）
	public int getIndex(HashCode code, int size) {
		return code.getKey() % size;
	}

 另一点我们要考虑的是我们不能无限的存放数据，首先我们创建的是数组，它有固定长度，数据存放的越多，造成的冲突就越多，因此我们

要考虑当数据超过一个标准时要重新创建一个数组，然后把原来所有的节点重新排列到新的数组中。我们把这个标准叫做阀值。

下面是具体操作的代码：

 

/**
	 * 加hash节点
	 */
	public void addCode(HashCode newcode) {
		if (length / size == load) { // 如果超过阀值
			System.out.println("");
			System.out.println("reflash");
			reflash(); // 重新分配节点
		}
		int index = getIndex(newcode, size); // 得到索引
		if (HashArray[index] == null) { // 当前位置还没放入元素
			HashArray[index] = newcode; // 将节点加入数组
			HashCode lastcode = null;
			newcode.setNext(lastcode);
		} else {
			HashCode code = HashArray[index];
			newcode.setNext(code.getNext());
			code.setNext(newcode);
		}
		length++;
	}

	/**
	 * 删除节点
	 * @param key	节点的key
	 * @param data	节点的data
	 */
	public void deleteCode(int key, int data) {
		int lay = key % size;
		if (HashArray[lay].getKey() == key && HashArray[lay].getData() == data) {
			HashArray[lay] = HashArray[lay].getNext();
		} else {
			HashCode code = HashArray[lay];
			while (code.getNext().getData() != data
					&& code.getNext().getKey() != key) {
				code = code.getNext();
			}
			code.setNext(code.getNext().getNext());
		}
	}
	
	/**
	 * 重新分配数组中所有节点
	 */
	public void reflash() {
		HashCode newHashArray[] = new HashCode[size + 5]; // 创建一个新数组
		for (int i = 0; i < size; i++) { // 遍历所有节点
			HashCode code = HashArray[i];
			while (code != null) {
				HashCode newcode = code;
				index = getIndex(newcode, (size + 5));
				if (newHashArray[index] == null) {
					newHashArray[index] = newcode;
					HashCode lastcode = null;
					newcode.setNext(lastcode);
				} else {
					newcode.setNext(newHashArray[index].getNext());
					newHashArray[index].setNext(newcode);
				}
				code = code.getNext();
			}
		}
		HashArray = newHashArray;
		size += 5;
		System.out.println("扩充后size：" + size);
	}

 简单的hash集合写完之后并不代表结束，我们可以进行一下测试，然后与系统的Hash进行比较。下面说一下我自己的比较结果。

只是加入节点的操作（10000个节点），我的运行时间是500ms，而系统的只要20ms，这就说明我们还有很多要改进的地方，当然看系统

的源代码是最好的方法，但由于我一直没耐心把系统的程序看完，所以现在还不知道该怎么改。

评论

1 楼 野狼yela 2012-11-18  

“equals()相等的两个对象，hashcode()一定相等“真是这样吗？hashCode方法和equals方法都是可以重写的，只是一般情况下，为了保证集合里的元素不出现重复或查询时的冲突
，hashCode和equals方法写成一致，即类的两个对象的hashCode返回相同的数值时，equals也应该返回true，反之亦然