谨慎使用String作为HashMap的Key

首先简单复习一下哈希表知识（大学课本定义）。

        根据设定的哈希函数f(key)和处理冲突的方法将一组关键字映像到一个有限的连续地址集（区间）上，并以关键字在地址集中的“像”作为记录在表中的存储位置，这种表便称为哈希表。

         哈希函数f(key)是一个映像，使得任何关键字由此所得到的哈希函数值都落在表允许范围之内。

         对不同的关键字可能得到同一哈希地址，即key!=key2，但是f(key1)=f(key2)，这种现象称为冲突。一般情况下，冲突只能减少，而不能完全避免。

 

还不清楚？请百科普及一下吧。

 

 

通过上面的复习，我们知道，决定一个哈希表的性能主要是哈希表的键值的冲突概率。如果哈希后的冲突很低，性能就高，相反，性能则低。使用一个好的哈希算法，可以降低哈希冲突的概率，提高命中率。

 

但是，如果被哈希的Key本身就是重复的，那么哈希算法再好，也无法避免哈希值的冲突。

 

我们都知道，在Java中，HashMap一般是使用对象的hashcode作为哈希的Key的。那么使用String作为HashMap的Key，好不好呢？或者，你在不知情的情况一下，已经干过很多次了。

 

String的hashCode方法。

 

Java代码  

1. public int hashCode() {  
2.     int h = hash;  
3.         int len = count;  
4.     if (h == 0 && len > 0) {  
5.         int off = offset;  
6.         char val[] = value;  
7.   
8.             for (int i = 0; i < len; i++) {  
9.                 h = 31*h + val[off++];  
10.             }  
11.             hash = h;  
12.         }  
13.         return h;  
14.     }  

 

 

核心的代码就一行。就是

 

Java代码  

1. h = 31*h + val[off++];  

 他的意思就是一个字符串的hashcode，就是逐个按照字符的utf-16的编码值求和。

 

我个人觉得，像这样的计算hashcode的话，各个字符串很容易重复（虽然我数学不好）。比如："C9"和“Aw”

 的hashcode都是2134。这样的长度为2位的字符串，我用程序统计了一下，重复的概率大概是0.6665928。

 

当字符长度为3个字符时，重复的概率成上升趋势，达到0.8911293，4位时为0.9739272。当然，5位长度的概率我不知道，因为我的机器上跑不出来结果。

测试代码见附1。

 

这么高的重复率，如果你使用它作为hashcode的话，势必会造成很大的哈希冲突，从而降低哈希表最初的设计初衷，性能降低。

 

但是，那String设计的时候，为啥这样设计hashcode呢？我经过测试，当字符串仅为数字时，多长的字符串，hashcode都不会重复。这是为什么呢？

 

从他计算的公式的31的系数看，应该是31为一个跨度，即只要字符串中的字符串的跨度在31个之内，hash值就不会重复，经过测试，确实如此。也就是说，如果你使用纯英文大写或纯英文小写字母拼接起来的字符串，其hashcode一般不会重复的。不知道这个31最初是怎么算出来的，但是，毋庸置疑，我们可以通过重新String的hashcode方法，将31改为128，那么冲突就会大大降低。

 

看看可能会作为Key的情况。

1、MD5，一般是字母加数字，字符跨度为75.

2、oracle的sys_guid()产生的逐渐，字符跨度为43.

3、java的UUID，跨度为75.

4、其他唯一主键情况。

 

我对UUID进行了测试（SYS_GUID和md5跟UUID的拼接都类似，都是字母+数字）。1万个字符串，发现并没有重复的hashcode，1千万的时候，也就重复了117个，这是怎么回事呢？

 

有一种猜测是这样的，虽然UUID的跨度为75，但是随着字符串的长度的增长（UUID为36，包括中划线)，概率会逐渐降低。

还有一种猜测，就是UUID只去了75个字符组成的字符串的一部分，大大降低了hashcode重复的概率。

 

因此，对于以上类型的key，几乎不用担心重复的概率，但是如果你的字符串如果真的是随机的可见字符的话，那你可以看仔细了。当心你的hashMap变成List。

 

 

 

附1：计算字符串重复概率的代码

Java代码  

1. import java.util.HashMap;  
2. /** 
3.  * 测试字符串的hashcode重复几率 
4.  * @author [e-mail] 
5.  */  
6. public class StringHashCode {  
7.       
8.     static HashMap<Integer,Object> map = new HashMap<Integer,Object>();   
9.     /** 
10.      * 第一个可见字符 
11.      */  
12.     private static char startChar = ' ';   
13.     /** 
14.      * 最后一个可见字符 
15.      */  
16.     private static char endChar = '~';   
17.     private static int offset = endChar - startChar + 1;   
18.     /** 
19.      * 重复次数 
20.      */  
21.     private static int dupCount = 0;   
22.       
23.     public static void main(String[] args) {   
24.         for(int len=1;len<5;len++){  
25.              char[] chars = new char[len];   
26.              tryBit(chars, len);   
27.              int total=(int)Math.pow(offset, len);  
28.              System.out.println(len+":"+total + ":" + dupCount+":"+map.size()+":"+(float)dupCount/total);  
29.         }  
30.           
31.     }   
32.    
33.     private static void tryBit(char[] chars, int i) {   
34.         for (char j = startChar; j <= endChar; j++) {   
35.             chars[i - 1] = j;   
36.             if (i > 1)   
37.                 tryBit(chars, i - 1);   
38.             else   
39.                 test(chars);   
40.         }   
41.     }   
42.    
43.     private static void test(char[] chars) {   
44.         Integer key = new String(chars).hashCode();  
45.         if (map.containsKey(key)) {   
46.             dupCount++;   
47.         } else {   
48.             map.put(key, null);   
49.         }   
50.     }   
51. }  

 

附2：计算字符串为长度为2的重复hashcode的代码

 

 

Java代码  

1. import java.util.HashMap;  
2. /** 
3.  * 测试字符串的hashcode重复几率 
4.  * @author [e-mail] 
5.  * 求长度为2的hashcode重复的字符串 
6.  */  
7. public class PrintStringHashCode {  
8.       
9.     static HashMap<Integer,Object> map = new HashMap<Integer,Object>();   
10.     /** 
11.      * 第一个可见字符 
12.      */  
13.     private static char startChar = ' ';   
14.     /** 
15.      * 最后一个可见字符 
16.      */  
17.     private static char endChar = 'z';   
18.     private static int offset = endChar - startChar + 1;   
19.     /** 
20.      * 重复次数 
21.      */  
22.     private static int dupCount = 0;   
23.       
24.     public static void main(String[] args) {   
25.         int len =2;  
26.          char[] chars = new char[len];   
27.          tryBit(chars, len);   
28.          int total=(int)Math.pow(offset, len);  
29.          System.out.println(len+":"+total + ":" + dupCount+":"+map.size()+":"+(float)dupCount/total);  
30.     }   
31.    
32.     private static void tryBit(char[] chars, int i) {   
33.         for (char j = startChar; j <= endChar; j++) {   
34.             chars[i - 1] = j;   
35.             if (i > 1)   
36.                 tryBit(chars, i - 1);   
37.             else   
38.                 test(chars);   
39.         }   
40.     }   
41.    
42.     private static void test(char[] chars) {   
43.         String s = new String(chars);  
44.         Integer key = s.hashCode();  
45.         if (map.containsKey(key)) {   
46.             dupCount++;   
47.             System.out.println(map.get(key)+" same :"+s+" hashcode:"+key);  
48.         } else {   
49.             map.put(key, s);   
50.         }   
51.     }   
52. }  

 

 附件3测试UUID的代码：

Java代码  

1. public static void testUUID(){  
2.     int count=1000000;  
3.     for(int i=0;i<count;i++){  
4.         String s = UUID.randomUUID().toString();   
5.         Integer key = s.hashCode();  
6.            if (map.containsKey(key)) {   
7.             System.out.println(s+":"+map.get(key));  
8.                dupCount++;   
9.            } else {   
10.                map.put(key, s);   
11.            }   
12.     }  
13.     System.out.println( dupCount+":"+map.size()+":"+(float)dupCount/count);  
14.    }