数据结构与算法-【算法专项】Hash算法-2（HashMap+设计Hash+Hash应用+Hashmap常用方法）

数据结构与算法-Hash算法-2

  • 5 HashMap（又双叒叕提到红黑树动态扩容）
  • 6 如何设计Hash
  • 7 Hash的应用
  • 8 HashMap源码（又双叒叕）
    • 构造方法：
    • put方法：
    • get方法：
    • equals方法：
    • containsKey方法：
    • values方法：
    • entrySet方法：
    • hash方法（用于自定义对象作为键时）：

5 HashMap（又双叒叕提到红黑树动态扩容）

由于链表这种结构确实存在一些缺点，所以在我们的JDK中对之进行了优化，引入了更高效的数据结构：红黑树

  1. 初始大小：HashMap默认的初始大小是16，这个默认值是可以设置的，如果事先知道大概的数据量有多大，可以通过修改默认初始大小，减少动态扩容的次数，这样会大大提高HashMap的性能。

  2. 动态扩容：最大装载因子默认是0.75，当HashMap中元素个数超过0.75*capacity（capacity表示散列表的容量）的时候，就会启动扩容，每次扩容都会扩容为原来的两倍大小。

  3. Hash冲突解决办法：JDK1.7底层采用链表法。

    在JDK1.8版本中，为了对HashMap做进一步优化，我们引入了红黑树。而当链表长度太长（默认超过8）时，链表就转换为红黑树。我们可以利用红黑树快速增删改查的特点，提高HashMap的性能。当红黑树结点个数少于8个的时候，又会将红黑树转化为链表。因为在数据量较小的情况下，红黑树要维护平衡，比起链表来，性能上的优势并不明显。

  4. Hash函数：JDK的hash函数非常经典，建议大家收藏，以后都可以用。

    int hash(Object key) {int h = key.hashCode()；return (h ^ (h >>> 16)) & (capitity -1); //capicity表示散列表的大小,最好使用2的整数倍
}

6 如何设计Hash

假如你在面试中碰到了要你如何设计一个高效的企业级Hash表。你该如何处理？

这里大家可以借鉴HashMap 的设计思路：

  1. 必须要高效：即插入，删除 查找必须要快
  2. 内存：不能占用太多的内存,考虑用其他的结构，比如B+Tree，HashMap 10亿，存硬盘的算法：mysql B+tree
  3. Hash函数：这个要根据实际情况考虑.%
  4. 扩容:就是预估数据的大小，HashMap 默认的空间是16？ 我知道我要存10000个数，2^n > 10000 or 2^n-1
  5. Hash冲突后怎么解决：链表 数组。

7 Hash的应用

  1. 加密：MD5 哈希算法。还是存在密码冲突 128位的二进制串，可以表示2^128次，md5(md5(),”1231”),b不可逆，建了一个hash库，存起来了。 Md5(88888888),穷举

  2. 怎么判断视频是否是重复的？Md5（）；128位

  3. 相似性检测：论文检测，指纹算法。会把每个论文计算出一个指纹，汉明距离。

  4. 负载均衡：nginx，2台服务器；可以根据ip计算hash，再做一个取模2运算。

  5. 分布系统：数据分库问题。我不是讲过一个10亿的数据的搜索词，一台机器存不下。要分成10个文件。Hash(key)%10 = > 就可以知道某个key在哪一个文件？扩大成数据库的 分表（10张表） id%10 =（）。

  6. 分布式存储的时候：问题来了 如果我加了一张表。原来是10张，现在是11张了 怎么办？要重新计算，分配的时候查询怎么办？数据量很大，迁移的不是太多了吗？

  7. 查找算法:hashMap 查找如何设计出自己的一个hash查找算法呢？快，hash冲突要少，数据大小。初始大小，扩容

  8. 一致性Hash：哈希环

    假设我们有k个表，数据的hash值范围：[0,Integer.max].我们把整个数据范围划分成n个区间（n个区间要远远大于我们的k），每一个表就是分配到n/k的区间。当有新的表要来了，我们只需要将某几个小的区间数据迁移就可以了。这是一个环形结构，其根本思想就是分段了。

重点部分：数组 链表 二叉树 红黑树 HashMap源码

8 HashMap源码（又双叒叕）

HashMap是Java集合框架中的一个重要类，用于存储键值对。

HashMap的一些核心常用方法的简要说明和示例代码，具体细节可能涉及到哈希碰撞、加载因子、扩容等实现细节，这些通常不需要开发者手动实现，但了解这些细节有助于更好地理解HashMap的工作原理。

  1. 构造方法：

    HashMap<Integer, String> map = new HashMap<>(); // 创建一个空的HashMap
HashMap<Integer, String> mapWithCapacity = new HashMap<>(16); // 创建一个预设容量的HashMap

  2. put方法：

    map.put(1, "Apple"); // 添加键值对

  3. get方法：

    String value = map.get(1); // 获取键对应的值

  4. equals方法：

    在Java中，HashMap的equals方法用于比较两个HashMap对象是否相等。equals方法首先会检查两个对象的hashCode是否相等，如果hashCode不等，那么两个对象不可能相等，如果hashCode相等，那么HashMap会进一步比较其中的元素。

    以下是HashMap的equals方法的核心代码：

    public boolean equals(Object o) {if (o == this)return true;if (!(o instanceof Map))return false;Map<?,?> m = (Map<?,?>) o;if (m.size() != size())return false;try {Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();while (i.hasNext()) {Entry<K,V> e = i.next();K key = e.getKey();V value = e.getValue();if (value == null) {if (!(m.get(key)==null && m.containsKey(key)))return false;} else {if (!value.equals(m.get(key)))return false;}}} catch (ClassCastException unused) {return false;} catch (NullPointerException unused) {return false;}return true;
}

    这段代码首先检查o是否等于this，如果是，则直接返回true。然后检查o是否是一个Map实例。如果不是，则直接返回false。如果是，HashMap会比较其大小，如果两个Map的大小不等，则直接返回false。接下来，HashMap会迭代其所有的Entry，并逐一检查o中是否包含相同的键值对。如果有任何一个键值对不匹配，则返回false。如果所有的键值对都匹配，则返回true。

    这个方法是HashMap对象相等性的核心实现，它确保了两个具有相同键值对的HashMap被认为是相等的。

  5. remove方法:

    String removedValue = map.remove(1); // 移除键值对并返回值

  6. size方法：

    int size = map.size(); // 获取HashMap的大小

  7. isEmpty方法：

    boolean isEmpty = map.isEmpty(); // 检查HashMap是否为空

  8. containsKey方法：

    boolean contains = map.containsKey(1); // 判断HashMap是否包含键1

  9. containsValue方法：

    boolean containsValue = map.containsValue("Apple"); // 检查HashMap中是否包含指定值

  10. keySet方法：

    Set<Integer> keySet = map.keySet(); // 获取HashMap中所有键的Set视图

  11. values方法：

    Collection<String> values = map.values(); // 获取HashMap中所有值的Collection视图

  12. entrySet方法：

    Set<Map.Entry<Integer, String>> entrySet = map.entrySet(); // 获取HashMap中所有键值对的Set视图

  13. clear方法：

    map.clear(); // 清空HashMap中的所有键值对

  14. hashCode方法：

    Collection<String> values = map.values(); // 获取HashMap中所有值的Collection视图

  15. clone方法：

  16. hash方法（用于自定义对象作为键时）：

    public class MyKey {int value;// 必须重写hashCode方法@Overridepublic int hashCode() {return Objects.hash(value);}// 必须重写equals方法@Overridepublic boolean equals(Object obj) {if (this == obj) return true;if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false;MyKey myKey = (MyKey) obj;return value == myKey.value;}
}

    注意：以上代码示例假设Integer和String是键和值的类型，实际使用时可以替换为任何实现了equals()和hashCode()方法的对象。

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