哈希的原理、应用与实现
1.什么是哈希
哈希（Hash）是一种将数据映射到固定大小值的过程，通常是通过哈希函数实现的。哈希函数接收输入数据（例如字符串、文件或其他类型的数据），然后生成一个唯一的、固定长度的值，这个值被称为哈希值或哈希码。
2.哈希的基本概念
1.哈希表
哈希表（Hash Table）是一种数据结构，用于实现高效的数据存储和检索。它使用哈希函数将键（key）映射到表中的特定位置，从而支持快速的插入、删除和查找操作。这种结构的核心在于：
哈希表利用哈希函数将数据项映射到数组的索引位置，因此数据的检索时间复杂度接近常数时间 O(1)。这与传统的数据结构（如链表或数组）的线性查找相比，速度显著提高。
2.哈希函数
哈希函数将输入数据（键）转换为固定大小的哈希值，然后根据该哈希值确定数据存储的位置。良好的哈希函数具有以下特点：
均匀分布：哈希函数能够将数据均匀分布到哈希表的各个位置，减少了冲突（即不同的键映射到相同的位置）的概率。
快速计算：哈希函数的计算过程通常非常高效，能够快速将键转换为哈希值。
3.哈希值
键：键是用于唯一标识哈希表中每个元素的标识符。它用于计算哈希值，并决定元素在哈希表中的位置。
值：值是与键关联的数据或信息。它是哈希表中实际存储的数据部分。
哈希值：哈希值（Hash Value）是哈希函数（Hash Function）将输入数据（如字符串、对象、文件等）映射到固定大小的值（通常是一个整数）后的结果。
3.哈希冲突
1.什么是哈希冲突
哈希冲突（Hash Collision）是指不同的输入数据经过哈希函数处理后，得到相同的哈希值或哈希索引的情况。由于哈希函数将多个可能的输入映射到有限的输出空间（即哈希表的桶或槽），冲突在实际应用中是不可避免的。
哈希冲突会导致：
性能下降：冲突会增加查找、插入和删除操作的复杂性。
额外的存储开销：需要额外的存储来管理冲突处理结构（如链表）。
性能不稳定：冲突处理策略的效率会影响哈希表的整体性能。
2.哈希冲突的解决方法：
1.链地址法：每个哈希表的槽位实际上是一个链表（或其他数据结构），所有映射到同一槽位的键值对都会被存储在这个链表中。当冲突频繁时，链表可能变得很长，查找效率可能下降到 O(n)。
2.开放地址法：在开放寻址法中，当冲突发生时，哈希表会尝试在哈希表中寻找其他位置来存储冲突的元素。
4.Java 中使用哈希表
1.HashMap
创建HashMap:首先，你需要导入 java.util.HashMap 类，并创建一个 HashMap.
import java.util.HashMap;
public class HashMapExample {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个 HashMap 实例
HashMap map = new HashMap<>();
}
}
添加键值对：可以使用 put 方法将键值对添加到 HashMap 中
map.put("Alice", 30);
map.put("Bob", 25);
map.put("Charlie", 35);
获取值：可以使用 get 方法根据键获取对应的值
Integer ageOfAlice = map.get("Alice");
System.out.println("Alice's age: " + ageOfAlice); // 输出: Alice's age: 30
检查键值对：可以使用 containsKey 和 containsValue 方法检查 HashMap 是否包含某个键或值
boolean hasBob = map.containsKey("Bob");
boolean hasAge40 = map.containsValue(40);
System.out.println("Has Bob: " + hasBob); // 输出: Has Bob: true
System.out.println("Has age 40: " + hasAge40); // 输出: Has age 40: false
删除键值对：可以使用 remove 方法根据键删除一个键值对
map.remove("Bob");
遍历HashMap:遍历 HashMap 中的所有键值对，可以使用 entrySet、keySet 或 values 方法：
for (HashMap.Entry entry : map.entrySet()) {
System.out.println("Key: " + entry.getKey() + ", Value: " + entry.getValue());
}
获取Map大小
int size = map.size();
System.out.println("Size of map: " + size);
清空Map
map.clear();
2.HashSet
HashSet 是一个不允许重复元素的集合，它实现了 Set 接口。它的底层实现是基于哈希表;
构造方法：
HashSet set = new HashSet<>();
添加元素
set.add("Element");
删除元素
set.remove("Element");
检查是否包含元素
boolean contains = set.contains("Element");
遍历集合
for (String element : set) {
System.out.println(element);
}
获取集合大小
int size = set.size();
清空集合
set.clear();
HashMap与HashTable：
HashTable 和 HashMap 都实现了类似的哈希表数据结构，但它们在实现细节、线程安全机制以及性能方面有所不同。
HashTable:
HashTable 使用一个数组来存储数据。每个数组元素是一个链表的头部（Hashtable.Entry）当发生哈希冲突（即不同的键被映射到相同的数组索引），HashTable 会将所有冲突的键值对存储在这个链表中。
HashTable 的方法是同步的（synchronized），这意味着每个操作（如 put 和 get）都被同步，以保证线程安全。具体实现是在每个方法的开头加上 synchronized 关键字，锁定整个哈希表对象。
HashMap:
HashMap 使用一个数组来存储数据。每个数组元素是一个链表的头（HashMap.Entry）。从 Java 8 开始，当链表长度超过一定阈值时，HashMap 会将链表转换为红黑树，以提高性能（特别是在链表很长的情况下）。
HashMap 的方法不是同步的，因此在多线程环境中访问 HashMap 时，需要手动同步。如果多个线程同时修改 HashMap，可能会导致数据不一致。
主要区别总结
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同步机制：
HashTable：方法同步，保证线程安全但性能较低。HashMap：方法不同步，适用于单线程或需要外部同步的环境，性能较高。
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红黑树优化：
HashMap：引入了链表到红黑树的转换，以优化长链表的性能。HashTable没有这一优化。
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支持 null：
HashTable：不允许 null 键或 null 值。HashMap：允许一个 null 键和多个 null 值。
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扩容机制：
HashMap在扩容时，哈希表的大小会翻倍，并重新计算元素的位置。HashTable的扩容机制类似，但初始容量和负载因子不同。
HashMap 提供了更现代和高效的功能。因此，在大多数情况下，HashMap 是比HashTable 更优选的实现。