#導入MD文檔圖片#【強烈推薦，建議收藏】來吧！一文完全搞定哈希表！

哈希表是個啥？

小白： 慶哥，什麼是哈希表？這個哈希好熟悉，記得好像有HashMap和HashTable之類的吧，這是同樣的嘛？

慶哥： 這個哈希確實常常見，足以說明它是個使用很是頻繁的玩意兒，並且像你說的HashMap和HashTable之類的與哈希這個詞確定是有關係的，那哈希是個啥玩意啊，這個我們仍是得先來搞明白啥是個哈希表。

咱們看看百科解釋吧：

散列表（Hash table，也叫哈希表），是根據鍵（Key）而直接訪問在內存存儲位置的數據結構。也就是說，它經過計算一個關於鍵值的函數，將所需查詢的數據映射到表中一個位置來訪問記錄，這加快了查找速度。這個映射函數稱作散列函數，存放記錄的數組稱作散列表。

怎麼樣？看到這個，你知道哈希表是什麼了嘛？

小白： 我以前是對哈希表一竅不通啊，不過看了這個百科的解釋，我知道以下這些關於哈希表的簡單知識點：

一、哈希表其實也叫散列表，兩個是一個玩意，英文是Hash Table

二、哈希表是一個數據結構

這兩個概念是比較清晰的，至於其餘的說什麼映射函數叫作散列函數，存放記錄的數組叫作散列表這個就有點模糊了，尤爲說存放記錄的數組稱爲散列表，那意思是哈希表是個數組？

慶哥： 首先你說的很清晰的兩點說的是很準確的，哈希表也叫作散列表，這只不過是叫法而已，英文單詞是Hash table，看到這個英文單詞基本上就能猜到，哈希表其實就是直接根絕英文單詞音譯過來的，至此你應該知道了啥是哈希了吧，對於另一點，那就很重要了，那就是哈希表實際上是一種數據結構。

要知道數據結構有不少中，每一種都有各自的特色，那麼哈希表既然也是一種數據結構，那它有什麼特色呢？按照百科的解釋，咱們大體能知道：能夠根據一個key值來直接訪問數據，所以查找速度快

對了，你知道最基本的幾個數據結構中，哪一個的查詢效率是最高的嘛？

小白： 據我所知，應該是數組吧，咱們能夠直接使用數組下標來訪問數據，所以查詢效率是很高滴

慶哥： 對，很是對，哈希表其實本質上就是一個數組 。

小白： 那爲啥還叫哈希表呢？，哈希表確定有啥特別的吧，爲啥本質上是一個數組呢？

哈希表本質是數組？

慶哥： 必須滴啊，哈希表本質上是個數組，只能說它的底層實現是用到了數組，簡單點說，在數組的這個基礎上再捯飭捯飭，加工加工，變得更加有特點了，而後人家就自立門戶，叫哈希表

小白： 這是咋個回事啊

慶哥： 爲何說哈希表的本質是個數組呢？那就得看看，哈希表是怎麼來實現的了，通常來講啊，實現哈希表咱們能夠採用兩種方法：

一、數組+鏈表

二、數組+二叉樹

簡單點就有這麼兩種方式，其實說白了，不管哪一個都是必須有數組啊，都是再數組的基礎上取搞其餘的，並且好比第一種數組+鏈表的形式，本質上是出現哈希衝突的一種解決辦法，使用鏈表存放，因此綜合起來叫作數組+鏈表的方式來實現一個哈希表，另外數組中通常就是存放的單一的數據，而哈希表中存放的是一個鍵值對，這是個區別吧！

小白： 停！！！有點迷糊，什麼哈希衝突，什麼玩意兒啊

慶哥： ，好吧好吧，我說的有點着急了，你就記住，哈希表在本質上就是個數組就ok了。

小白： 但是我仍是像知道爲啥啊？

慶哥： 彆着急啊，咱慢慢來說，另外在百科上有這麼一個例子，能夠幫助你更好的理解哈希表是個啥，它是這樣說的：

怎麼樣？看的懂嘛？

小白： 反正是有點模糊，這其中提到的函數關係啊，關鍵字啊，散列函數還有什麼函數法則的有點迷迷糊糊的

哈希表的幾個概念

啥是散列函數

慶哥： 確實，這都是哈希表中很重要的幾個概念，那咱就先搞懂這幾個概念吧，我用大白話給你說說這個例子。

好比說，我如今給你個電話本，上面記錄的有姓名和對應的手機號，我想讓你幫我找王二的手機號是多少，那麼你會怎麼作呢？

小白： 這樣啊，那我就挨個找王二唄？

慶哥： 確實能夠，那麼你有沒有想過，若是這個王二是在最後幾頁，那你去豈不是前面幾頁都白找了，有沒有更快的方式呢？

小白： 也是哦，那這樣的話，是否是能夠按照人名給分個類，好比按照首字母來排序，就abcd那樣的順序，這樣根據王二我就知道去找w這些，這樣不久快不少了

慶哥： 的確，咱們能夠按照人名的首字母去弄一個表格，好比像這樣：

你看，假如如今我讓你去幫我找王二的手機號，你一會兒就能找到，不用再挨個的去查找了，這效率就高的多了，那麼如今重點來了，人家原本叫王二，你爲啥用一個w來標記人家呢？讓你找王二爲啥你不直接找王二而是去找w呢？

小白： 這個？用w能夠更快速的去定位到王二啊

慶哥： 說的很對，咱們取姓名的首字母做爲一個標誌，就能夠很快的找到以這個字母開頭的人名了，那麼王二也就能更快的被咱們找到，咱們也不用再費力氣去找什麼張二和李二的，由於人家的名字首字母都不是w。

小白： 那必須啊，這個方法好吧

慶哥： 對對對，你說到點子上了，那就是方法二字，這裏咱們就是採用一種方法，什麼方法呢？那就是取姓名的首字母作一個排序，那麼這是否是就是經過一些特定的方法去獲得一個特定的值，好比這裏取人名的首字母，那麼若是是放到數學中，是否是就是相似一個函數似的，給你一個值，通過某些加工獲得另一個值，就像這裏的給你我的名，通過些許加工咱們拿到首字母，那麼這個函數或者是這個方法在哈希表中就叫作散列函數，其中規定的一些操做就叫作函數法則，這下你知道什麼是散列函數了吧

小白： 嗯呢，這下真的是很清楚了，說白了，不就是給我一個值，通過捯飭一下，變成另一個值嗎？花個圖的話就是這個樣子：

哈哈，是否是這樣？

慶哥： 簡單來講就是這樣滴，咋樣，這下知道什麼是散列函數了吧？

關鍵值key是啥？

小白： 這下知道了，很清楚，那這個關鍵字key是個啥玩意？

慶哥： 這個也好理解啊，就像你畫的這個圖，1是怎麼得出來得，是否是根據未加工以前得101得出來得，這個加工過程其實就是個散列函數，而丟給它的這個101就是這個關鍵值啊，爲啥叫它關鍵值嘞，那是由於咱們要對它作加工才能得出咱們想要的1啊，你說它關不關鍵

小白： 哦哦，原來是這樣啊，這下就明白啦！對了，我如今有這樣的一個理解，你看看對不對啊，那就是哈希表就是經過將關鍵值也就是key經過一個散列函數加工處理以後獲得一個值，這個值就是數據存放的位置，咱們就能夠根據這個值快速的找到咱們想要的數據，是否是這樣啊？

慶哥： 說的很正確，那你如今對以前那個百科的例子懂了嘛？

小白： 嗯呢，這下懂了

慶哥： 嗯呢，那就好，其實吧，上面的那中狀況並很差，爲啥嘞？你想啊，王二在那個位置，若是再來個王三呢？人家的首字母也是w啊，這咋辦，位置被王二佔了，那王三咋辦？這就是哈希衝突啊，撞衫啦

小白： 阿西吧，又是哈希衝突，它到底彷佛個啥玩意啊

慶哥： 不着急，我們繼續來探究哈希表。

再探哈希表

慶哥： 咱們在以前已經知道了哈希表的本質實際上是個數組，數組有啥特色啊？

小白： 數組嘛，那就是下表從0開始啊，連續的，直接經過下標訪問，好比下面這樣：

有一個數組a，咱們能夠直接經過a[1]的形式來訪問到數值7，因此查詢效率很高。

慶哥： 徹底正確，那麼哈希表本質上是個數組，那它跟這個相似嗎？咱們來再深刻探究一下，首先看個圖：

這張圖但是信息量很大啊，你看出來個啥了嘛？

小白： 這個？我看到了哈希函數，這是啥？它跟散列函數有啥區別啊？還有Entry是個什麼鬼，還有鍵值對，蒙圈啊

哈希函數

慶哥： 別蒙圈啊，我來仔細跟你說說，其實這個哈希函數就是咱們以前說的散列函數，爲啥嘞？這就跟哈希表也叫作散列表同樣啊，你叫做散列表的時候有個散列函數，那你叫哈希表的時候，也得有個哈希函數啊，這樣才公平嘛，咋樣，知道了吧？

小白： 我去，原來是這麼回事啊，那鍵值對跟Entry嘞？

鍵值對和Entry

慶哥： 這個但是值得好好說道說道，咱們知道哈希表本質上是個數組，難道就跟數組的基本使用那樣，存個數值，而後經過下表讀取之類的嘛？固然不是啦，對於哈希表，它常常存放的是一些鍵值對的數據，啥是鍵值對啊，就是咱們常常說的key-value啊，簡單點說就是一個值對應另一個值，好比a對應b，那麼a就是key，b是value，哈希表存放的就是這樣的鍵值對，在哈希表中是經過哈希函數將一個值映射到另一個值的，因此在哈希表中，a映射到b，a就叫作鍵值，而b呢？就叫作a的哈希值，也就是hash值。

咋樣，這塊明白了嘛？

小白： 嗯嗯，明白的，慶哥繼續！

慶哥： 那好，咱們繼續，鍵值對說的簡單點就是有一個key和一個value對應着，好比這張圖裏的學生信息：

學生的學號和姓名就是一個鍵值對啊，根據這個學號就能找到這個學生的姓名，那啥是Entry嘞，咱們都知道鍵值對，在不少語言中也許都有鍵值對，說白了就是個大衆臉啊，咋弄，在咱jdk中可不能那麼俗氣，不能再叫鍵值對了，叫啥嘞，那就叫Entry吧

咋樣，知道啥是鍵值對和Entry了吧！

小白： 必須滴啊，講的那麼生動，這張圖感受遠不止如此啊，慶哥繼續啊

哈希表如何存數據

慶哥： 好滴，那我們就繼續，來講說哈希表是如何存放數據的，記得看上面的圖啊，咱們按照這個圖來講，咱們已經知道了哈希表本質是個數組，因此這裏有個數組，長度是8，如今咱們要作的是把這個學生信息存放到哈希表中，也就是這個數組中去，那咱們須要考慮怎麼去存放呢？

這裏的學號是個key，咱們以前也知道了，哈希表就是根據key值來經過哈希函數計算獲得一個值，這個值就是用來肯定這個Entry要存放在哈希表中的位置的，實際上這個值就是一個下標值，來肯定放在數組的哪一個位置上。

好比這裏的學號是101011，那麼通過哈希函數的計算以後獲得了1，這個1就是告訴咱們應該把這個Entry放到哪一個位置，這個1就是數組的確切位置的下標，也就是須要放在數組中下表爲1的位置，如圖中所示。

咱們以前已經介紹過什麼是Entry了，因此這裏你要知道，數組中1的位置存放的是一個Entry，它不是一個簡單的單個數值，而是一個鍵值對，也就是存放了key和value，key就是學號101011，value就是張三，咱們通過哈希函數計算得出的1只是爲了肯定這個Entry該放在哪一個位置而已。

如今咱們就成功把這個Entry放到了哈希表中了，怎麼樣，這塊聽懂了嘛？

小白： 嗯嗯，聽懂了，不過看到這裏我產生了一個疑問，那就是這個哈希函數，是否是有一個特定的加工過程，好比能夠通過某種計算把101011轉換成1，那麼有沒有可能其餘的學號通過哈希函數的計算也得出1呢？那這個時候是否是就撞衫啦

哈希衝突

慶哥： 的確，你分析得很正確，咱們再來看下面這張圖：

你說的這種狀況就像圖中展現的那樣，學號爲102011的李四，他的學號通過哈希函數的計算也得出了1，那麼也要放到數組中爲1的位置，但是這個位置以前已經被張三佔了啊，這怎麼辦？這種狀況就是哈希衝突或者也叫哈希碰撞。

既然出現了這狀況，不能無論李四啊，總得給他找個位置啊，怎麼找呢？

小白： 我猜確定有什麼方法能夠給李四找位置

處理哈希衝突

慶哥： 那必須滴啊，有什麼方法呢？其實關於哈希衝突的解決辦法有好幾種嘞，可是我這裏只介紹兩種主要的方法，一個是開放尋址法，一個是拉鍊法。

那什麼是開放尋址法呢？咱們繼續來看圖：

我以爲看圖就足以說明問題了，這裏所說的開放尋址法其實簡單來講就是，既然位置被佔了，那就另外再找個位置不就得了，怎麼找其餘的位置呢？這裏其實也有不少的實現，咱們說個最基本的就是既然當前位置被佔用了，咱們就看看該位置的後一個位置是否可用，也就是1的位置被佔用了，咱們就看看2的位置，若是沒有被佔用，那就放到這裏唄，固然，也有可能2的位置也被佔用了，那咱就繼續往下找，看看3的位置，一次類推，直到找到空位置。

對了，Java中的ThreadLocal就是利用了開放尋址法。

小白： 啥是ThreadLocal啊

慶哥： 咋滴，你不知道啊，沒事，慶哥最近會寫一篇ThreadLocal的文章，到時候記得來看哦！

小白： 嗯嗯，我會好好看看的。那什麼是拉鍊法啊？

慶哥： 拉鍊法也是比較經常使用的，像以前你說的HashMap就是使用了這種方法，那這個方法是怎麼個回事呢？咱們繼續來看圖：

以前說的開放尋址法採用的方式是在數組上另外找個新位置，而拉鍊法則不一樣，仍是在該位置，但是，該位置被佔用了咋整，總不能打一架，誰贏是誰的吧，固然不是這樣，這裏採用的是鏈表，什麼意思呢？就像圖中所示，如今張三和李四都要放在1找個位置上，可是張三先來的，已經佔了這個位置，待在了這個位置上了，那李四呢？解決辦法就是鏈表，這時候這個1的位置存放的不僅僅是以前的那個Entry了，此時的Entry還額外的保存了一個next指針，這個指針指向數組外的另一個位置，將李四安排在這裏，而後張三那個Entry中的next指針就指向李四的這個位置，也就是保存的這個位置的內存地址，若是還有衝突，那就把又衝突的那個Entry放在一個新位置上，而後李四的Entry中的next指向它，這樣就造成了一個鏈表。

好啦，這就是拉鍊法，咋樣，明白不

小白： 信息量很多啊，好在慶哥講的比較清楚，明白啦

慶哥： 明白了就好，那我問你一個問題啊，針對開放尋址和拉鍊法，你有沒有以爲會產生什麼問題呢？

小白： 嗯嗯，我還真有問題，首先是這個拉鍊法啊，若是衝突的不少，那這個增長的鏈表豈不是很長，這樣也不咋好吧

慶哥： 的確，若是衝突過多的話，這塊的鏈表會變得比較長，怎麼處理呢？這裏舉個例子吧，拿java集合類中的HashMap來講吧，若是這裏的鏈表長度大於等於8的話，鏈表就會轉換成樹結構，固然若是長度小於等於6的話，就會還原鏈表。以此來解決鏈表過長致使的性能問題。

小白： 爲啥是小於等於6啊，咋不是7嘞

慶哥： 這樣設計是由於中間有個7做爲一個差值，來避免頻繁的進行樹和鏈表的轉換，由於轉換頻繁也是影響性能的啊。

小白： 嗯嗯，這個知道了，關於開放尋址也有個疑問，那就是若是一直找不到空的位置咋整啊？

慶哥： 這個不會的，爲啥嘞？你這樣想，是由於你考慮了一個前提，那就是位置已經被佔光了，沒有空位置了，可是實際狀況是位置不會被佔光的，由於有必定量的位置被佔了的時候就會發生擴容。

小白： 阿西吧，還有擴容，那這個擴容是咋回事呢？

哈希表的擴容

慶哥： 其實這裏不只僅是由於你說的那種狀況纔會擴容，還有一個很重要的緣由就是當哈希表被佔的位置比較多的時候，出現哈希衝突的機率也就變高了，因此頗有必要進行擴容。

那麼這個擴容是怎麼擴的呢？這裏通常會有一個增加因子的概念，也叫做負載因子，簡單點說就是已經被佔的位置與總位置的一個百分比，好比一共十個位置，如今已經佔了七個位置，就觸發了擴容機制，由於它的增加因子是0.7，也就是達到了總位置的百分之七十就須要擴容。

還拿HashMap來講，當它當前的容量佔總容量的百分之七十五的時候就須要擴容了。

並且這個擴容也不是簡單的把數組擴大，而是新建立一個數組是原來的2倍，而後把原數組的全部Entry都從新Hash一遍放到新的數組。

小白： 這個從新Hash一遍是啥意思啊？

慶哥： 由於數組擴大了，因此通常哈希函數也會有變化，這裏的Hash也就是把以前的數據經過新的哈希函數計算出新的位置來存放。

小白： 嗯嗯，原來是這麼回事啊，懂了，對了，那哈希表的數據讀取怎麼操做的啊？

哈希表如何讀取數據

慶哥： 要知道這個讀取操做，咱們還來看這個圖：

好比咱們如今要經過學號102011來查找學生的姓名，怎麼操做呢？咱們首先經過學號利用哈希函數得出位置1，而後咱們就去位置1拿數據啊，拿到這個Entry以後咱們得看看這個Entry的key是否是咱們的學號102011，一看是101011，什麼鬼，一邊去，這不是咱們要的key啊，而後根據這個Entry的next知道下一給位置，在比較key，好成功找到李四。

小白： 哦哦，原來是這麼回事啊，那對於開放尋址那種是否是也是這個思路，先肯定到這個位置，而後再看這個位置上的key是否是咱們要的，如過不是那就看看下一個位置的。

慶哥： 能夠的，徹底正確，好了如今咱們對哈希表的講解已經差很少了，那麼你以爲對於哈希表而言，什麼是核心呢？

哈希函數是核心

小白： 我以爲應該是哈希函數吧，通過上面的講解，我以爲，若是一個哈希函數設計的足夠好的話，就會減小哈希衝突的機率，若是設計的很差，那就會常常撞衫，那就很影響性能了，好比剛開始咱們舉的那個例子，拿姓名的首字母來肯定位置，這個哈希函數的設計就不咋滴，好比王二，王三，王四什麼的，這都會衝突啊

慶哥： 的確，在哈希表中，哈希函數的設計很重要，一個好的哈希函數能夠極大的提高性能，並且若是你的哈希函數設計的比較簡單粗陋，那很容易被那些不懷好意的人搗亂，好比知道了你哈希函數的規則，故意製造容易衝突的key值，那就有意思了，你的哈希表就會一直撞啊，一直撞啊

小白： 哈哈，那設計哈希函數有什麼方法嗎？

慶哥： 必須有啊，好比有直接定址法，數字分析法，摺疊法，隨機數法和除留餘數法等等，要不要繼續講啊

小白： 我去，仍是不要了吧，消化不了啊，此次先到這吧，謝謝慶哥

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