数据结构基础10：哈希表常见问题

一、有两个字典，分别存有 100 条数据和 10000 条数据，如果用一个不存在的 key 去查找数据，在哪个字典中速度更快？

有些计算机常识的读者都会立刻回答: “一样快，底层都用了哈希表，查找的时间复杂度为 O(1)”。然而实际情况真的是这样么？

答案是否定的，存在少部分情况两者速度不一致。

答：在 Java 和 Objective-C 中，如果哈希函数不合理，返回值过于集中，会导致大字典更慢。

Java 由于存在链表和红黑树互换机制，搜索时间呈对数级增长，而非线性增长。在理想的哈希函数下，无论字典多大，搜索速度都是一样快。

二、可以直接根据hashcode值判断两个Java对象是否相等吗？

Java中的hashCode()方法就是根据一定的规则将与对象相关的信息（比如对象的地址或对象的字段等）映射成一个数值，这个数值称作为hashCode(散列值)。

答案：肯定是不可以的，因为不同的对象可能会生成相同的hashCode。

虽然不能根据hashcode值判断两个对象是否相等，但是可以直接根据hashcode值判断两个对象不等，如果两个对象的hashcode值不等，则必定是两个不同的对象。如果要判断两个对象是否真正相等，必须通过equals方法。

三、hashCode()方法的作用

1、对于包含容器类型的程序设计语言来说，基本上都会涉及到hashCode。在Java中也一样，hashCode方法的主要作用是为了提高基于散列的集合的搜索效率，这样的散列集合包括HashSet、HashMap以及HashTable。

为什么这么说呢？考虑一种情况，当向集合中插入对象时，如何判别在集合中是否已经存在该对象了？（注意：集合中不允许重复的元素存在）。也许大多数人都会想到调用equals方法来逐个进行比较，这个方法确实可行。但是如果集合中已经存在一万条数据或者更多的数据，如果采用equals方法去逐一比较，效率必然是一个问题。

此时hashCode方法的作用就体现出来了，当集合要添加新的对象时，先调用这个对象的hashCode方法，得到对应的hashcode值，实际上在HashMap的具体实现中会用一个table保存已经存进去的对象的hashcode值，如果table中没有该hashcode值，它就可以直接存进去，不用再进行任何比较了；如果存在该hashcode值， 就调用它的equals方法与新元素进行比较，相同的话就不存了，不相同就散列其它的地址，所以这里还存在一个冲突解决的问题，这样一来实际调用equals方法的次数就大大降低了，提高供了效率。

2、下面这段代码是java.util.HashMap的中put方法的具体实现：

public V put(K key, V value)
{
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);

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

put方法是用来向HashMap中添加新的元素，从put方法的具体实现可知，会先调用hashCode方法得到该元素的hashCode值，然后查看table中是否存在该hashCode值，如果存在则调用equals方法重新确定是否存在该元素，如果存在，则更新value值，否则将新的元素添加到HashMap中。从这里可以看出，hashCode方法的存在是为了减少equals方法的调用次数，从而提高程序效率。

四、重写equals方法的同时，为什么必须重写hashCode方法？

在有些情况下，程序员在设计一个类的时候需要重写equals方法，比如String类。但是千万要注意，在重写equals方法的同时，必须重写hashCode()方法。

Object的hashCode()默认根据对象的内存地址，利用哈希算法求得hashCode。

 

原因：

1、如果只重写了equals方法而没有重写hashCode方法的话，则会违反约定的第二条：相等的对象必须具有相同的hashCode。

例如：现在有两个Student对象，已经重写equals方法（比较其属性是否相等）。

    Student s1=new Student("小明",18);

    Student s2=new Student("小明",18);

    此时s1.equals(s2)返回true。

假如只重写equals而不重写hashcode，那么Student类的hashcode方法就是Object默认的hashcode方法，由于默认的hashcode方法是根据对象的内存地址经哈希算法得来的，显然此时s1!=s2,故两者的hashcode不一定相等。

然而重写了equals，且s1.equals(s2)返回true，根据hashcode的规则，两个对象相等其哈希值一定相等，所以矛盾就产生了，因此重写equals一定要重写hashcode。

2、同时对于HashSet和HashMap这些基于散列值实现的类来说，hashcode是其正常运作的关键。

HashMap的底层处理机制是以数组的方法保存放入的数据的(Node[] table)，其中的关键是数组下标的处理。数组的下标是根据传入的元素hashCode方法的返回值再和特定的值异或决定的。
如果该数组位置上已经有放入的值了，且传入的键值相等则不处理，若不相等则覆盖原来的值，如果数组位置没有条目，则插入，并加入到相应的链表中。

检查键是否存在也是根据hashCode值来确定的。要检查的键代表的对象和已经插入的键对象的内存地址不同，如果不重写hashCode()的话，就会求出不同的hashCode从而会让HashMap出现相同元素，最终导致HashSet、HashMap不能正常的运作。