【Hash Function and HashMap】

散列函数（Hash Function）是一种将任意大小的数据映射到固定大小值的函数。在 HashMap 中，它扮演着核心角色。让我详细解释：

散列函数基本原理

输入：任意类型的键（key）
输出：固定大小的整数（哈希码）
目标：将键均匀分布到数组（哈希表）中

在 HashMap 中的工作流程

// 简化的散列过程
int hashCode = key.hashCode(); // 获取哈希码
int index = hashCode % array.length; // 计算存储位置

理想的散列函数特征

计算速度快
冲突率低
分布均匀
确定性（相同输入产生相同输出）

常见散列函数示例

// Java String 的 hashCode 实现
public int hashCode() {int hash = 0;for (char c : value) {hash = 31 * hash + c;}return hash;
}

处理哈希冲突的方法

链地址法（HashMap 使用）
开放寻址法
再哈希法

实际应用场景

数据存储
缓存
安全加密
负载均衡

散列函数就像是给数据一个独特的"地址"，让 HashMap 能快速存储和查找数据！

哈希冲突处理方法详解：

链地址法（HashMap使用）：

每个数组位置是一个链表/红黑树
冲突的元素追加到同一位置的链表中
当链表长度超过8时转为红黑树
时间复杂度 O(1) 到 O(n)

// 简化的链地址法结构
Node[] table = new Node[16];
class Node {K key;V value;Node next; // 指向下一个节点
}

开放寻址法：

发生冲突时，向后探测空位置
线性探测：逐个向后找空位
平方探测：按平方距离查找
适合数据量小的场景

再哈希法：

冲突时使用另一个哈希函数
计算新的存储位置
减少聚集效应
计算成本较高

实际应用场景：

数据存储：

数据库索引
缓存系统
快速检索

缓存：

Redis 缓存
浏览器缓存
内存缓存

安全加密：

密码存储
数字签名
区块链技术

负载均衡：

分布式系统
服务器请求分配
一致性哈希算法

每种应用都充分利用了哈希函数快速、均匀分布数据的特性。

我来为你详细解析每个应用场景是如何利用哈希函数的特性：

数据存储

哈希特性：快速定位、均匀分布

// 数据库索引示例
Map<String, UserInfo> userIndex = new HashMap<>();
userIndex.put("userId_10086", new UserInfo());// 快速O(1)查找用户信息
UserInfo user = userIndex.get("userId_10086");

优势：

快速检索
空间利用率高
避免全表扫描

缓存系统

哈希特性：快速映射、去重

// Redis缓存简化模型
class RedisCache {private Map<String, Object> cache = new HashMap<>();public void set(String key, Object value) {// 哈希函数快速确定存储位置cache.put(key, value);}public Object get(String key) {// O(1)时间复杂度快速获取return cache.get(key);}
}

优势：

毫秒级响应
减少数据库访问
自动去重

安全加密

哈希特性：唯一性、不可逆

// 密码存储
public class PasswordManager {// 相同输入产生相同哈希值public String hashPassword(String password) {return SHA256(salt + password);}// 验证密码public boolean verify(String input, String storedHash) {return hashPassword(input).equals(storedHash);}
}

优势：

不可逆推原始数据
相同输入始终产生相同结果
防止数据泄露

负载均衡

哈希特性：均匀分布

// 一致性哈希简化模型
class LoadBalancer {private List<String> servers = new ArrayList<>();public String selectServer(String request) {// 使用哈希函数均匀分配请求int index = request.hashCode() % servers.size();return servers.get(index);}
}