算法 （十六）哈希表：设计实现RandomPool结构、布隆过滤器和一致性哈希

1、设计实现RandomPool结构

【题目】 设计一种结构，在该结构中有如下三个功能：

1. insert(key)：将某个key加入到该结构，做到不重复加入。
2. delete(key)：将原本在结构中的某个key移除。
3. getRandom()： 等概率随机返回结构中的任何一个key。

【要求】 Insert、delete和getRandom方法的时间复杂度都是 O(1)

分析：用两个哈希表，同时存取删除

代码实现如下：

package cn.nupt;

import java.util.HashMap;

/**
 * @Description: RandomPool结构
 *
 * @author PizAn
 * @Email [email protected]
 * @date 2019年3月6日 上午9:49:20
 * 
 */
public class RandomPool {

	private HashMap<String, Integer> keyToIndexMap; // 键为key，值为value
	private HashMap<Integer, String> indexToKeyMap; // 键为value，值为key
	private int index; // 这是记录的索引

	public RandomPool() {
		keyToIndexMap = new HashMap<String, Integer>();
		indexToKeyMap = new HashMap<Integer, String>();
		index = 0;

	}

	// 增加的方法，两个对应的map同时加
	public void add(String key) {
		if (!keyToIndexMap.containsKey(key)) {
			keyToIndexMap.put(key, index);
			indexToKeyMap.put(index, key);

			index++; // 索引也要加
		}
	}

	// 等概率随机返回结构中的任何一个key，关键是等概率，这里用到math.random * size，比如[0,1)*5 = [0,5),再取int
	// 就等到[0,4]之间等概率的值，其中size就是我们放了多少个数，
	public String getRandom() {
		int size = keyToIndexMap.size(); // 获得map中键值对的个数
		if (size == 0) {
			return null;
		}

		return indexToKeyMap.get((int) (Math.random() * size));

	}

	// 删除一个键值对，这里需要注意的是需要保证index的连续性，不然会出现洞，解决方法就是用最后一个数填补这个洞，然后同步删除这个数
	public void delete(String key) {
		if (keyToIndexMap.containsKey(key)) {
			int deleteIndex = keyToIndexMap.get(key); // 拿到这个要删除的key所对应的索引
			int lastIndex = keyToIndexMap.size() - 1;
			String lastKey = indexToKeyMap.get(lastIndex); // 拿到最后一个索引对应的key

			keyToIndexMap.put(lastKey, deleteIndex); // 将keyToIndexMap里面的最后一个key所对应的索引换成我们即将要删除的key的索引，也就是说用最后一个数代替了我们要删除的数，不同的键可以对应相同的值
			indexToKeyMap.put(deleteIndex, lastKey);// 将indexToKeyMap要删除的key的索引所对应的key换成做好一个索引所对应的key

			keyToIndexMap.remove(key); // 最后两个map同步删除，
			indexToKeyMap.remove(lastIndex);
			index--;
		}
	}

}

2、布隆过滤器和一致性哈希

布隆过滤器是用来检索信息的，一致性哈希是用来负载均衡的，具体请看别的技术博客，讲的很好，下面自己写一些想法：
对于哈希函数来说，输入相同输出相同，输入不相同输出等分布（可能发生hash碰撞），输入可以无限制，输出有限制，通常在[0，2⁶⁴-1] 之间，一般在这个结果上取模m，使结果在[0，m]之间等分布

布隆过滤器有三个公式要记一下：

一致性哈希：