散列表：在 Java 中的演进与实现

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2023-09-13 07:58:45

散列表的魅力

散列表是一种数据结构，它将键值对存储在数组中。通过使用哈希函数对键进行计算，散列表可以快速定位键所对应的值。这种机制消除了遍历整个数组的需要，使散列表在海量数据场景下依然高效。

Java 中散列表的演进

Java 中的散列表实现历经了多次演变。早期版本中，HashMap 作为唯一的散列表选项，但在并发环境下存在局限性。随着 Java 的发展，ConcurrentHashMap 应运而生，解决了并发访问问题。

HashMap

HashMap 是 Java 中最基本的散列表实现。它基于数组和链表，提供高效的键值存储和检索。然而，在多线程环境下，HashMap 存在并发访问安全问题，可能导致数据不一致和程序崩溃。

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 解决了 HashMap 的并发问题，引入了分段锁机制。它将散列表划分为多个段，每个段由一个单独的锁保护。这种设计允许多个线程同时访问散列表的不同部分，提高了并发性。

哈希函数：散列表的基石

哈希函数是散列表的关键组成部分。它将键映射到一个数字，称为哈希码。哈希码决定了键在散列表数组中的位置。一个好的哈希函数应具有以下特性：

均匀分布： 哈希码应均匀分布在整个数组中。
尽量减少碰撞： 对于不同的键，产生相同哈希码的可能性应该很低。
快速计算： 哈希函数的计算应该高效。

Java 中的散列表应用

散列表在 Java 程序中有着广泛的应用，包括：

缓存： 将频繁访问的数据存储在散列表中，以提高性能。
对象查找： 使用散列表快速查找对象，例如在集合框架中。
数据聚合： 通过键对数据进行分组，并使用散列表高效统计和汇总。

实例探究

以下示例展示了如何在 Java 程序中使用 HashMap 和 ConcurrentHashMap：

// 使用 HashMap 存储键值对
Map<String, Integer> ages = new HashMap<>();
ages.put("Alice", 25);
ages.put("Bob", 30);

// 使用 ConcurrentHashMap 在多线程环境中安全访问数据
ConcurrentHashMap<String, Integer> concurrentAges = new ConcurrentHashMap<>();
concurrentAges.put("Alice", 25);

Thread thread1 = new Thread(() -> {
    concurrentAges.put("Bob", 30);
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
    Integer bobsAge = concurrentAges.get("Bob");
});

thread1.start();
thread2.start();