数据结构之「哈希表」

什么是哈希表？

哈希表（Hash table, 也叫散列表），是根据键（Key）来直接访问在内存存储位置的数据结构。它通过一个哈希函数将所需要查询的数据映射到一张哈希表中，来提升查询效率。
哈希函数的实现方法：
1.除留余数法
取关键字被某个不大于哈希表表长的数除后所得的余数为散列地址。
2.折叠法
将关键字分割成位数相同的几部分（最后一部分的位数可以不同），然后取这几部分的叠加和（舍去进位）作为哈希地址。
3.平方取中法
取关键字平方后的中间几位为哈希地址。
4.直接定址法
取关键字或关键字的某个线性函数值为哈希地址。

哈希冲突

不管用什么哈希函数去计算哈希地址，都是会产生哈希冲突的，因此我们需要想办法解决哈希冲突，并且在设计哈希函数时，尽可能减少哈希冲突。
1.单独的链表法
在哈希表的后面单独链上一个单链表来存储冲突的元素，JDK 1.8 里的 HashMap 就是选择的这种方式解决冲突的，不过它对链表做了一层优化。当元素个数大于等于 8 时，会把链表转换成红黑树，提升查询效率。
2.线性探测法
当发生哈希冲突时，逐个探测存放地址的表，直到查找到一个空单元。这个方式不便于查找，不建议使用。
3.建立一个公共溢出区
当发生哈希冲突时，就把元素存入到公用的溢出区，查询时遍历溢出区。
从上面这几种处理方法来说，还是链表法效率比较高，推荐使用。不过都有现成的工具类使用，因此只需要知道实现原理，最好自己可以去写代码实现它。

哈希表

哈希表有什么用？

哈希表在日常开发中还是比较常用的，因为它最优的查询时间复杂度是 O(1)，当哈希冲突比较严重的时候，查询效率就相当于线性的，因此哈希算法直接影响到查询的效率。

哈希表怎么实现的？

哈希表的结构

public class HashMap {
    //用节点数组当作哈希表
    Node[] table;
    int size;
    //节点
    static class Node {
        //哈希值
        final int hash;
        //键
        final K key;
        //值
        V value;
        //哈希值冲突时存储
        Node next;

        Node(int hash, K key, V value, Node next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }
}

总结

哈希表是一个键值对的存储结构，并且根据键进行哈希算法找到对应的存储位置。哈希算法会直接影响到哈希表的查询效率，一般选择哈希冲突小的实现方式，以便提升查询效率。当哈希冲突时，一般选择链表来存储冲突的元素，当冲突的元素增多时，可以采用红黑树来存储，以提升查询效率。JDK 1.8 版本的 HashMap，当链表个数大于等于 8 时，就是采用红黑树来存储的。在知道元素个数时，初始化哈希表时直接指定哈希表大小，因为当元素达到哈希表大小时，会做 resize 操作。当元素越来越多时，resize 是很耗时的，相当于重建哈希表。因此直接指定哈希表大小，减少 resize 次数以便提升插入性能。