哈希及 Java 实现

1、哈希

哈希（Hash）：也称散列，是一种时间换空间的算法思想。

哈希函数（哈希算法）：设置一定的计算规则，将任意长度的输入，变换成固定长度的输出。

1. 关键码值：元素中能起标识作用的数据，作为哈希函数的输入。

2. 哈希值：哈希函数的输出。

   关键码值(key)  -->  【哈希函数】  -->  哈希值(hash)
   

1.1、哈希表

哈希表（Hash Table）：一种数据结构。

基于哈希函数建立的表。

1. 映射过程：基于关键码值（key）计算出哈希值（hash），映射到表中的某个位置。
2. 映射位置：有两种方案。
   1. hash 直接作为存放位置。
   2. 基于 hash 计算存放位置。

1.2、哈希冲突

哈希冲突：也称哈希碰撞。

指根据不同的输入，计算出了相同的哈希值。

常见解决方法：

1. 开放寻址法：基于产生冲突的地址（H0），重新计算直到得出可用地址（Hi）。
   1. 计算公式：Hi = (H0 + di) % m。
   2. 寻址方式：根据 m 的不同取值。
      • 线性探测再散列：1，2，3，...，m-1
      • 平方探测再散列：1，2，-2，4，-4，...，k²，-k²
      • 随机探测再散列：伪随机数
2. 再哈希法：构造多个哈希函数，产生冲突时使用另一个函数计算，直到得出可用地址。
3. 链地址法（拉链法）：在产生冲突的位置上，形成链表。
4. 建立公共溢出区：将哈希表分为基本表和溢出表，凡是冲突的元素就放入溢出表。

2、Java 哈希

2.1、集合

2.1.1、存储结构

（参考 HashMap 源码）哈希表 = 数组 + 位桶

1. 结点类：哈希表中的基本元素，称为 bucket（位桶）。

   1. 哈希值
   2. 关键码值、元素值
   3. 后继结点

2. 数组：bucket 类型的数组，即哈希表。

   static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
       final int hash;
       
       final K key;
       V value;
       
       Node<K,V> next;
   }
   
   transient Node<K,V>[] table;
   

2.1.2、哈希冲突

Java 基于链地址法解决哈希冲突。

（Java 1.8+ 还引入了红黑树）

2.2、检索机制

哈希集合中检索元素遵守的机制（包括增删改查）

2.2.1、涉及方法

👉 浅谈 equals() 和 hashCode()

1. hashCode()：计算对象哈希值，用于确定元素存储位置。
2. equals()：比较对象是否相等，用于正确检索数据。

2.2.2、流程示例

插入元素 x 的大致流程

（代码已简化处理，具体请看源码）

1. 扰动函数：将对象的 hashCode() 进一步处理。

   static final int hash(Object key) {
       int h;
       return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
   }
   

2. 计算存储位置：(n - 1) & hash，等价于 hash % n。

   Node<K,V>[] tab = table;	// 存储元素的哈希表
   int n = tab.size;	// 当前元素个数
   
   int i = (n - 1) & hash;		// 存储位置
   

3. 判断待插入位置是否为空。

   1. 是：将元素放到数组下标处。

      tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
      

   2. 否：遍历链表，逐个元素比较是否相等（hash 和 equals() 都相等）。

      1. 发现相等：说明已存在相同 key 的记录，不会重复添加。
      2. 遍历到链尾：说明不存在重复记录，完成元素插入操作。

关于哈希在 Java 中的实现，

具体查看 👉 漫谈 HashMap