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数据结构与算法-基础（十八）哈希表

上期使用 红黑树 实现映射结构，这样的结构满足 Key 必须具备可比性，元素有顺序地分布 这两个特点。在实际的应用场景中，存在结构中的 元素是不需要有序的，并且 Key 也不具备可比较性 ，哈希表完全满足这样的应用场景。

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比如设计一个公司的通讯录，存放所有员工的通讯信息，就可以拿手机号作为 index，员工的名称、职位等作为 value。用哈希表的方式可以将添加、删除和搜索的时间复杂度控制在 O(1)。

这时创建一个数组，手机号作为 index，然后存放 value。这样能将复杂度控制在 O(1)，但是这种 空间换时间 的方式也造成了一些其他问题，比如空间复杂度大（需要更多的空间），空间使用率极其低，非常浪费内存空间。

哈希表 就是空间换时间的处理方式，但是做了优化，在空间和时间两个纬度中达到适当的平衡。

哈希表也叫做散列表，整体结构就是一个数组 ，哈希表会将 key 用哈希函数处理之后返回 hash（哈希值），hash 就是哈希表中的 index这样的处理方式就可以满足搜索时间是 O(1)，这样的处理方式就可以满足搜索时间是 O(1)。因为哈希表中的 key 可能不具备可比较性，所以要做哈希处理。

在执行哈希函数之后返回的 hash，可能会出现相同的情况 ，这样的情况就是 哈希冲突 。解决哈希冲突常见的方法有这三种：

JDK1.8 解决哈希冲突的方式就是使用链地址法，其中的链表就是通过链表+红黑树的组合来实现 。比如当哈希表中的容量大于等于 64，并且单向链表的节点数大于 8 时，转换为红黑树，不满足这个条件时就使用单向链表。

哈希函数 是生成哈希值的实现方法，哈希函数的实现步骤大致分为两步：

hash_code 是生成哈希值的函数，也可以直接用 JAVA 中的标准函数 hashCode() 。

这里可以用 位运算替换 % 运算，来提高效率。因为 位运算是二进制运算，所以在设计数组的时候，需要将数组的长度设计为 2 的幂次方。

一个良好的哈希函数，可以让生成的哈希值分布更加均匀，减少哈希冲突的次数，最终可以提升哈希表的性能。

Key 的常见类型可能有证书、浮点数、字符串或者自定义对象，不同的类型生成哈希值的方式也会不一样，但是目标是一致的，就是 尽量让每个 Key 的哈希值唯一，尽量让 Key 中的所有信息参与运算 。

比如在 Java 中， Long 的哈希值实现如下代码：

这里的 和 ^ 就是将高 32 bit 和低 32 bit 混合计算出 32 bit 的哈希值。

在计算字符串的哈希值时，可以将字符串拆解成若干个字符，比如 jack，将它拆解成 j、a、c、k（字符的本质就是一个整数，所以 jack 的哈希值可以表示为 j * n3 + a * n2 + c * n1 + k * n0，表达式也可以写成 [(j * n + a) * n + c] * n + k，代码实现如下：

看上面代码时，可以发现，表达式中的 n 使用的是 31 这个数字，那么为什么用 31 呢？

因为 31 不仅符合 22 - 1 , 而且它还是个奇素数（既是技术，又是素数，还是质数），素数和其他数相乘的结果比其他方式更容易产生唯一性，减少哈希冲突。

JDK 中，乘数 n 也是用 31，31 也是经过观测分布结果后的选择，关于 31 的变体可以有以下几种：

31 * i = (25 - 1) * i = i * 25 - i = (i 5) - i

关于Java的地址值和哈希值？

1、hashCode的存在主要是用于查找的快捷性，如Hashtable，HashMap等，hashCode是用来在散列存储结构中确定对象的存储地址的；

2、如果两个对象相同，就是适用于equals(java.lang.Object) 方法，那么这两个对象的hashCode一定要相同；

3、如果对象的equals方法被重写，那么对象的hashCode也尽量重写，并且产生hashCode使用的对象，一定要和equals方法中使用的一致，否则就会违反上面提到的第2点；

4、两个对象的hashCode相同，并不一定表示两个对象就相同，也就是不一定适用于equals(java.lang.Object) 方法，只能够说明这两个对象在散列存储结构中，如Hashtable，他们“存放在同一个篮子里”

JAVA中哈希码具体是什么？

哈希其实只是一个概念，没有什么真实的指向。它的目的是保证数据均匀的分布到一定的范围内。所以不同数据产生相同的哈希码是完全可以的。

java中哈希一般是希望自己写算法的。随便返回什么都可以。如果什么也不写的话就会返回地址。如果自己写，最简单的做法是把所有字段拼起一个长串做个hash值。

关于java的哈希值

HASH

是散列表的基础计算方法，Java

内置了

hash

的支持，java.lang.Object

默认是通过对象在内存的地址计算出来的，所以每个对方都是唯一的

hash，但是当我们创建我们自己的对象类时，我们根据需要和业务逻辑来决定是否提供自己的

hashcode

和

equals

方法。

多个对象的

hash

可能重复，这是正常的，重复的对象在

hash

table

中是分配在同一个槽

(一个可以通过计算直接跳过那个位置的数组)中，会再通过

equals

对比

(在这个槽中的

hash

code

都相同的一个链表中逐一

equals

比较

key)

找到那个对象。

所以逻辑上是否相同是通过

equals

来计算的，而且

equals

相同的两个对象，它们的

hash

也应该相同，如果你不能保证这点，那就说明你的

hashcode

和

equals

方法不是使用相同的算法。

一个对象是否存在不是通过

hash

code

来判断的，而是

equals。

a

==

b

的话，a.equals

(b)

肯定成立，但反过来就不一定。因为

a

==

b

比较的是对象的地址，只有同一个对象才能成立，equals

比较的是逻辑角度上的相等性。

看

String

或其它一个

JRE

自带的类的

hashcode

和

equals

方法是怎么做到的。