小议 HashMap

大家都知道，在Java里对对象的操作是基于引用的。而当我们需要对一组对象操作的时候，就需要有接收这一组引用的容器。平时我们最常用的就是数组。在Java里可以定义一个对象数组来完成许多操作。可是，数组长度是固定的，如果我们需要更加灵活的解决方案该怎么办呢？

Java提供了container classes来解决这一问题。container classes包括两个部分：Collection和Map。它们的结构是这样的：

本文重点介绍HashMap。首先介绍一下什么是Map。在数组中我们是通过数组下标来对其内容索引的，而在Map中我们通过对象来对对象进行索引，用来索引的对象叫做key，其对应的对象叫做value。在下文中会有例子具体说明。

再来看看HashMap和TreeMap有什么区别。HashMap通过hashcode对其内容进行快速查找，而TreeMap中所有的元素都保持着某种固定的顺序，如果你需要得到一个有序的结果你就应该使用TreeMap（HashMap中元素的排列顺序是不固定的）。

下面就要进入本文的主题了。先举个例子说明一下怎样使用HashMap:

import java.util.*;

public class Exp1 {
     public static void main(String[] args){
          HashMap h1=new HashMap();
          Random r1=new Random();    
          for(int i=0;i<1000;i++){
               Integer t=new Integer(r1.nextInt(20));
               if(h1.containsKey(t))
                    ((Ctime)h1.get(t)).count++;
               else
                    h1.put(t, new Ctime());
          }
          System.out.println(h1);
     }
}

class Ctime{
     int count=1;
     public String toString(){
          return Integer.toString(count);
     }
}

在HashMap中通过get()来获取value，通过put()来插入value，ContainsKey()则用来检验对象是否已经存在。可以看出，和ArrayList的操作相比，HashMap除了通过key索引其内容之外，别的方面差异并不大。

前面介绍了，HashMap是基于HashCode的，在所有对象的超类Object中有一个HashCode()方法，但是它和equals方法一样，并不能适用于所有的情况，这样我们就需要重写自己的HashCode()方法。下面就举这样一个例子：

import java.util.*;

public class Exp2 {
     public static void main(String[] args){
          HashMap h2=new HashMap();
          for(int i=0;i<10;i++)
               h2.put(new Element(i), new Figureout());
          System.out.println("h2:");
          System.out.println("Get the result for Element:");
          Element test=new Element(5);
          if(h2.containsKey(test))
               System.out.println((Figureout)h2.get(test));
          else
               System.out.println("Not found");
     }
}

class Element{
     int number;
     public Element(int n){
          number=n;
     } 
}

class Figureout{
     Random r=new Random();
     boolean possible=r.nextDouble()>0.5;
     public String toString(){
          if(possible)
               return "OK!";
          else
               return "Impossible!";
     }
}

在这个例子中，Element用来索引对象Figureout,也即Element为key，Figureout为value。在Figureout中随机生成一个浮点数，如果它比0.5大，打印“OK!”，否则打印“Impossible!”。之后查看Element(3)对应的Figureout结果如何。

结果却发现，无论你运行多少次，得到的结果都是“Not found”。也就是说索引Element(3)并不在HashMap中。这怎么可能呢？

原因得慢慢来说：Element的HashCode方法继承自Object，而Object中的HashCode方法返回的HashCode对应于当前的地址，也就是说对于不同的对象，即使它们的内容完全相同，用HashCode（）返回的值也会不同。这样实际上违背了我们的意图。因为我们在使用HashMap时，希望利用相同内容的对象索引得到相同的目标对象，这就需要HashCode()在此时能够返回相同的值。在上面的例子中，我们期望new Element(i) (i=5)与 Element test=new Element(5)是相同的，而实际上这是两个不同的对象，尽管它们的内容相同，但它们在内存中的地址不同。因此很自然的，上面的程序得不到我们设想的结果。下面对Element类更改如下：

class Element{
     int number;
     public Element(int n){
          number=n;
     } 
     public int hashCode(){
          return number;
     }
     public boolean equals(Object o){
          return (o instanceof Element) && (number==((Element)o).number);
     }
}

在这里Element覆盖了Object中的hashCode()和equals()方法。覆盖hashCode()使其以number的值作为hashcode返回，这样对于相同内容的对象来说它们的hashcode也就相同了。而覆盖equals()是为了在HashMap判断两个key是否相等时使结果有意义（有关重写equals()的内容可以参考我的另一篇文章《重新编写Object类中的方法 》）。修改后的程序运行结果如下：

h2:
Get the result for Element:
Impossible!

请记住：如果你想有效的使用HashMap，你就必须重写在其的HashCode()。

还有两条重写HashCode()的原则：

1. 不必对每个不同的对象都产生一个唯一的hashcode，只要你的HashCode方法使get()能够得到put()放进去的内容就可以了。即“不为一原则”。
2. 生成hashcode的算法尽量使hashcode的值分散一些，不要很多hashcode都集中在一个范围内，这样有利于提高HashMap的性能。即“分散原则”。

至于第二条原则的具体原因，有兴趣者可以参考Bruce Eckel的《Thinking in Java》，在那里有对HashMap内部实现原理的介绍，这里就不赘述了。

掌握了这两条原则，你就能够用好HashMap编写自己的程序了。不知道大家注意没有，java.lang.Object中提供的三个方法：clone()，equals()和hashCode()虽然很典型，但在很多情况下都不能够适用，它们只是简单的由对象的地址得出结果。这就需要我们在自己的程序中重写它们，其实java类库中也重写了千千万万个这样的方法。利用面向对象的多态性——覆盖，Java的设计者很优雅的构建了Java的结构，也更加体现了Java是一门纯OOP语言的特性。

Java提供的Collection和Map的功能是十分强大的，它们能够使你的程序实现方式更为灵活，执行效率更高。希望本文能够对大家更好的使用HashMap有所帮助