Hash表及其应用

Posted 2023-02-15

参考技术A 散列表，也叫做哈希表。

它基于数组的随机访问的特性，来拓展延伸，从而实现了散列表，为什么这样说呢，我们举一个例子来看看。

假设学校举行运动会，对100个进行编号，我们现在希望实现通过编号来快速找到某一个学生，该怎么实现呢，我们可以维护一个数组，将每一个学生的编号放到同样的数组下标内，比如1号放到数组下标为1的位置，接下来额以此类推，这样就能够实现快速随机访问，在O(1)的时间复杂度内就找到这个学生。

也许这样你看不出用到了散列思想，但这确实就是使用了散列的思想，将数组下标和学生编号进行了映射，只不过映射规则非常简单，就是f(n) = n。

但是现实时不会这么简单的，现在要求编号要复杂一点，用 6 位数字来表示。比如 051167，其中，前两位 05 表示年级，中间两位 11 表示班级，最后两位还是原来的编号 1 到 89。这个时候我们该如何存储选手信息，才能够支持通过编号来快速查找选手信息呢？

依然时通过散列的思想，我们可以截取编号的后两位作为数组下标，存储选手信息，当我们要查询时，也截取后两位作为数组下标，到数组内去查询，这样就能够实现快速查询。

其中，参赛选手的编号我们叫作键（key）或者关键字。我们用它来标识一个选手。我们把参赛编号转化为数组下标的映射方法就叫作散列函数（或“Hash 函数”“哈希函数”），而散列函数计算得到的值就叫作散列值（或“Hash 值”“哈希值”）。拿上面那个来说，关键字是051167，我们通过hash函数，即截取后两位，计算得到hash值67。

可以看到的是，hash函数是一个非常重要的东西，如何构造一个好的hash函数也是非常重要的，通过学习，我目前知道的是3点：

1：hash值是一个非负整数

2：如果key1==key2 hash(key1) == hash(key2)

3：如果key1!=key2 hash(key1) != hash(key2)

第一点很好理解，因为我们要维护成数组的下标，那么负数和非整数都是不行的；第二点也好理解，如果两个key相同，那么经过同一个hash函数计算，他们得到的值也必须要一样。第三点要好好理解一下，不同的key得到的hash值不一样，也就是这一点，引出了hash冲突这样一个概念。

因为即使最好的hash算法，也无法保证两个不一样的key得到的hash值一定不一样。

计既然无法解决，那么就要找其他的方法了。

经典的方法有链表法和开放寻址法。

开放寻址法：

这个比较好理解，就是如果计算得到的hash值在数组内已经有数据了，那我们就在紧接下一个寻找，如果没有数据，就插入到这个位置，这种方法不是非常好。

为了保证散列表的性能，我们会维护一个 装载因子 的概念。

装载因子： 填入表中的元素个数 / 散列表的长度

装载因子越小，发生散列冲突的概率就越小，性能就越好，如果装载因子越大，那么性能就会迅速下降，不过装载因子越小，那么需要消耗的内存就越大，如果不考虑性能，装载因子可以超越1.

链表法：

链表法比较常用

介绍了散列表的基本概念和一些散列冲突的解决方法，拿我们来看看究竟怎么样，才能设计一个优秀的企业级的散列表呢？

设计散列表，最关键的就是散列函数的设计，一个好的散列函数，既能够快速计算，也能够让散列冲突的概率较为小。既然要计算快速，那么这个散列函数就必然不能够太复杂，不然计算时间就较为耗时，其次也要保证计算出来的hash值要平均分布，否则一个槽出现的概率非常大，那么散列冲突的概率就大大提升。

我们之前说过，hash函数是有一个装载因子的概念的，对于动态的散列表，我们不断进行插入操作，它的装载因子势必会扩大，当装载因子过大时，hash表的性能就会下降，这个时候，就需要对hash表进行扩容，这样装载因子就会下降，对于数组的扩容，我们都可以很好的实现，不过对于散列表的扩容，就不是简单的移动数据这么简单了。

可以看到，当我们新建了一个数组后，原来hash表中的内容就要重新计算hash值，然后存放到新的哈市、表中，并不是简单的移动就能解决的。

不过，这样扩容，如果数据量很大，那么效率就必然很低下，怎么解决呢，我们可以不立刻拷贝数据到新的hash表里面，可以每新插入一个数据就将老的表里面的数据拿一个到新的表里面，这样就可以不一次性拷贝数据，效率就会得到提升。

接下啦看如何选择合适的hash冲突解决法：

当数据量比较小、装载因子小的时候，适合采用开放寻址法。这也是 Java 中的ThreadLocalMap使用开放寻址法解决散列冲突的原因。

基于链表的散列冲突处理方法比较适合存储大对象、大数据量的散列表，而且，比起开放寻址法，它更加灵活，支持更多的优化策略，比如用红黑树代替链表。

    this.hash = var1;

 

  return var1;