哈希表(散列表)

哈希表(散列表)

k-v形式，将k通过hash函数处理生成 table中的索引

添加、搜索、删除的流程都是类似的

利用哈希函数生成 key 对应的 index 【O(1)】

根据 index 操作定位数组元素 【O(1)】

（空间换时间的典型应用）

• 哈希表是【空间换时间】的典型应用

• 从哈希函数，也叫做散列函数

• 哈希表内部的数组元素，很多地方也叫 Bucket（桶），整个数组叫 Buckets 或者 Bucket Array

hash冲突（hash碰撞）

两个不同key通过hash函数计算出相同hash值

解决hash冲突常见方法：

• 开放地址法

  • 按照一定规则向其他地址探测，直到遇到空桶

• 再hash法

  • 设计多个hash函数，若冲突则通过其他hash函数再计算hash值

• 链地址法

  • 通过链表将同一index的元素串起来

jdk8使用单向链表加红黑树解决hash冲突

• 默认使用单向链表将元素串起来

• 在添加元素时，可能会由单向链表转为红黑树来存储元素

  • 比如当哈希表容量 ≥ 64 且 单向链表的节点数量大于 8 时

  • 当红黑树节点数量少到一定程度时，又会转为单向链表

• JDK1.8中的哈希表是使用链表+红黑树解决哈希冲突

思考：这里为什么使用单链表？

• 每次都是从头节点开始遍历

• 单向链表比双向链表少一个指针，可以节省内存空间

hash函数

为了提高效率，可以使用 & 位运算取代 ％ 运算【前提：将数组的长度设计为 2 的幂（2n）】

floatToIntBits: 将浮点数底层对应的二进制数转换为整数

toBinaryString：将整数转换为对应的二进制数

Integer.toBinaryString(Float.floatToIntBits(10.6f))

 

java底层hash值计算方式

整数

整数值当做哈希值

比如 10的哈希值就是 10

public static int hashCode(int value) {
return value;
}

浮点数

将存储的二进制格式转为整数值

public static int hashCode(float value) {
    return floatToIntBits(value);
}

Long和Double

无符号右移 >>>

右移 >>

异或 ^ ：相同为0，不同为1

">>>"和"^" 的作用是？ 高32bit 和 低32bit 混合计算出 32bit 的哈希值 充分利用所有信息计算出哈希值

(int)(bits ^ (bits >>> 32))

在强制类型装换时，底层会直接将高32位舍弃掉，最后的hash值就是

对应的整数值

字符串

字符串是由若干个字符组成的

比如字符串 jack，由j、a、c、k四个字符组成（字符的本质就是一个整数)

因此，jack 的哈希值可以表示为j *n^3 + a * n^2 + c * n^1 + k * n^0,等价于[(j *n + a) *n+ c] *n+ k

在JDK中，乘数 n 为 31，为什么使用 31?

• 31 是一个奇素数，JVM会将 31 *i 优化成(i<<5) - i

 

//自己实现： 
public static void main(String[] args) {
        String string = "jack";
        int len = string.length();
        int hashCode = 0;
        for (int i = 0; i < len; i++) {
            char c = string.charAt(i);
            hashCode = hashCode * 31 + c;
         // hashCode = (hashCode << 5) - hashCode + c;
            System.out.println(hashCode);
        // hashCode = ((j* 31 + a)* 31 + c) * 31 + k
        }
    }
​
//jdk底层 java官方实现：
public int hashCode() {
        int h = hash;
        if (h == 0 && value.length > 0) {
            char val[] = value;
            for (int i = 0; i < value.length; i++) {
                h = 31 * h + val[i];
            }
            hash = h;
        }
        return h;
    }

自定义对象

自定义对象的hash值是根据内存地址生成，所以对于每一次new产生的对象，在java中，若不重写hashCode方法，由于new的对象地址不同，则生成的hash值也不同。

若认为当自定义对象new出来的只要属性值相同，就认为是同一对象时，则就不能使用java默认的使用内存地址生成的hash值（new出来对象内存地址不同），而应该重写hashCode方法根据对象的属性值重新计算hashCode的值。

存入hash表时若hash冲突

存入hash表时若hash冲突，先通过计算出hash值计算出hash表的索引，若索引冲突，

• 对象：则通过equals（重写equals，不重写又是比较的内存地址）判断对象是否相等（key是否相等）

• 其他类型： 直接判断key是否相同

重写hashCode与equals

hashCode调用： 计算hash的索引时调用

equals调用： hash冲突时，计算key是否相同调用

额外知识点复习：

getClass与 instanceof：

instanceof 用于判断类或者接口的类型时，若是该类的子类，或者接口的实现类，也会认为是同一类型，返回ture

getClass只会判断是不是和该类是同一类型，不会判断其子类和实现类

在计算对象hash值时n为什么选择31：

31不仅仅是符合2^n-1,它是个奇素数(既是奇数,又是素数,也就是质数)

• 素数和其他数相乘的结果比其他方式更容易产成唯一性，减少哈希冲突最终

• 选择31是经过观测分布结果后的选择