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Java中如何使用?byte?數(shù)組作為?Map?的?key

更新時間：2023年06月07日 11:12:03 作者：萬貓學(xué)社

本文將討論在使用HashMap時，當(dāng)byte數(shù)組作為key時所遇到的問題及其解決方案，介紹使用String和List這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為臨時解決方案的方法，感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

HashMap的工作原理

HashMap是一種使用哈希機制來存儲和檢索值的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用哈希碼來存儲和檢索值可以大大提高HashMap的性能，因為它可以使查找鍵值對的時間復(fù)雜度保持在 O ( 1 ) O(1) O(1)的級別。當(dāng)然，這也要求我們在實現(xiàn)hashCode()方法時盡可能地讓哈希碼分布均勻，以免造成哈希沖突，從而影響HashMap的效率。

當(dāng)我們調(diào)用put(key, value)方法時，HashMap會通過鍵的hashCode()方法計算哈希碼。這個哈希碼用于確定最終存儲值的桶：

public V get(Object key) {
    Node<K,V> e;
    return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}

在使用get(key)方法檢索值時，需要經(jīng)過一系列處理步驟：首先，會通過鍵計算哈希碼，然后找到哈希桶。接下來，使用equals()方法檢查桶中的每個條目是否與鍵相等。最終，返回匹配條目的值：

public V put(K key, V value) {
    return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}

equals和hashCode方法

在Java編程中，equals方法和hashCode方法都有應(yīng)該遵守的規(guī)則。在HashMap這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，有一個方面尤其重要：具有相同equals方法比較結(jié)果的對象，必須返回相同的哈希值。然而，反之則不一定成立，也就是說，具有相同哈希值的對象，并不一定具有相同的equals方法比較結(jié)果。這也是為什么我們可以將多個對象存儲在HashMap的同一個桶中的原因。

在使用HashMap時，建議不要更改key的哈希值。雖然這不是強制性規(guī)定，但強烈建議將鍵定義為不可變對象。如果對象是不可變的，無論hashCode方法的實現(xiàn)如何，它的哈希值都不會被更改。

在默認情況下，哈希值是基于對象的所有字段進行計算的。如果我們需要使用可變的鍵，我們需要重寫hashCode方法，以確保它的計算不涉及可變字段。為了維護這一個規(guī)則，我們還需要修改equals方法。

使用 byte 數(shù)組作為key

為了能夠從映射中成功地檢索值，相等性必須是有意義的。這就是使用byte數(shù)組并不是一個真正的選擇的主要原因。在Java中，數(shù)組使用對象標識來確定相等性。如果我們使用byte數(shù)組作為key創(chuàng)建HashMap，那么只有使用完全相同的數(shù)組對象才能檢索值。

讓我們使用byte數(shù)組作為key創(chuàng)建一個簡單的例子：

byte[] key1 = {1, 2, 3};
byte[] key2 = {1, 2, 3};
Map<byte[], String> map = new HashMap<>();
map.put(key1, "value1");
map.put(key2, "value2");
System.out.println(map.get(key1));
System.out.println(map.get(key2));
System.out.println(map.get(new byte[]{1, 2, 3}));

我們雖然有兩個相同的鍵，但是我們無法使用具有相同值的新創(chuàng)建的數(shù)組檢索到任何內(nèi)容，運行結(jié)果如下：

value1
value2
null

解決方法

使用String

String的相等性基于字符數(shù)組的內(nèi)容：

public boolean equals(Object anObject) {
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String)anObject;
        int n = value.length;
        if (n == anotherString.value.length) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = 0;
            while (n-- != 0) {
                if (v1[i] != v2[i])
                    return false;
                i++;
            }
            return true;
        }
    }
    return false;
}

字符串也是不可變的，并且基于byte數(shù)組創(chuàng)建一個字符串非常簡單。我們可以使用Base64輕松編碼和解碼字符串，然后創(chuàng)建一個使用字符串作為key而不是byte數(shù)組的HashMap：

String key1 = Base64.getEncoder().encodeToString(new byte[]{1, 2, 3});
String key2 = Base64.getEncoder().encodeToString(new byte[]{1, 2, 3});
Map<String, String> map = new HashMap<>();
map.put(key1, "value1");
map.put(key2, "value2");
System.out.println(map.get(key1));
System.out.println(map.get(key2));
System.out.println(map.get(Base64.getEncoder().encodeToString(new byte[]{1, 2, 3})));

運行結(jié)果如下：

value2
value2
value2

注意： 在byte數(shù)組轉(zhuǎn)化為String時會有性能損耗。因此，在大多數(shù)情況下，該解決方案并不推薦。

使用List

與String類似，List#equals方法將檢查其每個元素的相等性：

public boolean equals(Object o) {
    if (o == this)
        return true;
    if (!(o instanceof List))
        return false;
    ListIterator<E> e1 = listIterator();
    ListIterator<?> e2 = ((List<?>) o).listIterator();
    while (e1.hasNext() && e2.hasNext()) {
        E o1 = e1.next();
        Object o2 = e2.next();
        if (!(o1==null ? o2==null : o1.equals(o2)))
            return false;
    }
    return !(e1.hasNext() || e2.hasNext());
}

如果這些元素具有合理的equals()方法并且是不可變的，則List將作為HashMap鍵正確工作。我們只需要確保使用不可變的List實現(xiàn)：

List<Byte> key1 = ImmutableList.of((byte) 1, (byte) 2, (byte) 3);
List<Byte> key2 = ImmutableList.of((byte) 1, (byte) 2, (byte) 3);
Map<List<Byte>, String> map = new HashMap<>();
map.put(key1, "value1");
map.put(key2, "value2");
System.out.println(map.get(key1));
System.out.println(map.get(key2));
System.out.println(map.get(ImmutableList.of((byte) 1, (byte) 2, (byte) 3)));

運行結(jié)果如下：

value2
value2
value2

注意： Byte對象的列表將占用比byte數(shù)組更多的內(nèi)存。因此，在大多數(shù)情況下，該解決方案并不推薦。

自定義類（推薦使用）

我們還可以自己的定義一個類，用來完全控制哈希碼計算和相等性。這樣，我們可以確保解決方案快速，并且沒有太大的內(nèi)存占用。

讓我們創(chuàng)建一個只有一個final私有byte數(shù)組字段的類。它將沒有setter方法，只用getter方法，用來確保完全不可變性。

然后在實現(xiàn)自己的equals和hashCode方法。為了方法，我們可以使用Arrays類來完成這兩項任務(wù)，最終代碼如下：

public class BytesKey {
    private final byte[] array;
    public BytesKey(byte[] array) {
        this.array = array;
    }
    public byte[] getArray() {
        return array.clone();
    }
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) {
            return true;
        }
        if (o == null || getClass() != o.getClass()){
            return false;
        }
        BytesKey bytesKey = (BytesKey) o;
        return Arrays.equals(array, bytesKey.array);
    }
    @Override
    public int hashCode() {
        return Arrays.hashCode(array);
    }
}

最后，我們使用我們自定義的類作為HashMap的key：

BytesKey key1 = new BytesKey(new byte[]{1, 2, 3});
BytesKey key2 = new BytesKey(new byte[]{1, 2, 3});
Map<BytesKey, String> map = new HashMap<>();
map.put(key1, "value1");
map.put(key2, "value2");
System.out.println(map.get(key1));
System.out.println(map.get(key2));
System.out.println(map.get(new BytesKey(new byte[]{1, 2, 3})));

運行結(jié)果如下：

value2
value2
value2

注意： 自定義的類既沒有轉(zhuǎn)化為String的性能損耗，也沒有Byte對象列表的內(nèi)存占用。因此，該解決方案推薦使用。

總結(jié)

本文將討論在使用HashMap時，當(dāng)byte數(shù)組作為key時所遇到的問題及其解決方案。

首先，我們將研究為什么不能直接使用數(shù)組作為鍵。在使用HashMap時，我們需要保證每個鍵的唯一性，而使用數(shù)組作為鍵可能會出現(xiàn)沖突。這是因為數(shù)組的hashCode值是基于其在內(nèi)存中的地址計算得出的，因此即使兩個數(shù)組內(nèi)容完全相同，它們在內(nèi)存中的位置不同，它們的hashCode也會不同。因此，直接使用數(shù)組作為鍵可能會導(dǎo)致無法正確獲取值或者出現(xiàn)意外的覆蓋。

接著，我們會介紹使用String和List這兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)作為臨時解決方案的方法。它們都是具有可比性和可哈希性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠保證唯一性。但這種方法并不是完美的解決方案，因為使用String或List作為鍵會帶來一些性能上的開銷，或者占用不必要的內(nèi)存空間。

最后，我們將通過自定義類的方式完美解決這個問題。這個自定義類包含了一個byte數(shù)組字段，并重寫hashCode和equals方法，以確保唯一性和正確性。通過這種方式，我們可以避免使用String或List時的性能和內(nèi)存占用問題，并且能夠在保證正確性的同時獲得更高的效率。

到此這篇關(guān)于在Java中使用 byte 數(shù)組作為 Map 的 key的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java使用 byte 數(shù)組作為 Map 的 key內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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