HashMap 和 HashSet 即 java 中利用哈希表實現的 Map 和 Set

Java中的HashTable 哈希表
一：概念
順序結構以及平衡樹中，元素關鍵碼與其存儲位置之間沒有對應的關系，因此在查找一個元素時，必須要經過關鍵碼的多次比較。順序查找時間復雜度為O(N)，平衡樹中為樹的高度，即O(log_2 N)，搜索的效率取決于搜索過程中元素的比較次數。
理想的搜索方法：可以不經過任何比較，一次直接從表中得到要搜索的元素。 如果構造一種存儲結構，通過某種函數使元素的存儲位置與它的關鍵碼之間能夠建立一一映射的關系，那么在查找時通過該函數可以很快找到該元素。
當向該結構中：
插入元素
根據待插入元素的關鍵碼，以此函數計算出該元素的存儲位置并按此位置進行存放。
搜索元素
對元素的關鍵碼進行同樣的計算，把求得的函數值當做元素的存儲位置，在結構中按此位置取元素比較，若關鍵碼相等，則搜索成功。
該方式即為哈希(散列)方法，哈希方法中使用的轉換函數稱為哈希(散列)函數，構造出來的結構稱為哈希表(HashTable)(或者稱散列表)
二： 沖突-概念
對于兩個數據元素的關鍵字K1!=K2，但有：Hash(K1) == Hash(K2)，即：不同關鍵碼通過相同哈希函數計算出相同的哈希地址，該種現象稱為哈希沖突或哈希碰撞。
把具有不同關鍵碼而具有相同哈希地址的數據元素稱為“同義詞”。
三：沖突-避免-設計哈希函數
引起哈希沖突的一個原因可能是：哈希函數設計不夠合理。 哈希函數設計原則：
1.哈希函數的定義域必須包括需要存儲的全部關鍵碼，而如果散列表允許有m個地址時，其值域必須在0到m-1之間。
2.哈希函數計算出來的地址能均勻分布在整個空間中。
3.哈希函數應該比較簡單。
常見哈希函數有：

1. 直接定制法--(常用)
   取關鍵字的某個線性函數為散列地址：Hash（Key）= A*Key + B
   優點：簡單、均勻
   缺點：需要事先知道關鍵字的分布情況
   使用場景：適合查找比較小且連續的情況

2. 除留余數法--(常用)
   設散列表中允許的地址數為m，取一個不大于m，但最接近或者等于m的質數p作為除數，按照哈希函數：Hash(key) = key% p(p<=m),將關鍵碼轉換成哈希地址。
3. 平方取中法--(了解) 折疊法--(了解)隨機數法--(了解)數學分析法--(了解)。
   四：沖突-避免-設計哈希函數

五： 沖突-解決
解決哈希沖突兩種常見的方法是：閉散列（線性探測法）和開散列（拉鏈桶）
六：（1）沖突-解決-閉散列
閉散列：也叫開放定址法，當發生哈希沖突時，如果哈希表未被裝滿，說明在哈希表中必然還有空位置，那么可以把key存放到沖突位置中的“下一個” 空位置中去。那如何尋找下一個空位置呢？
線性探測：從發生沖突的位置開始，依次向后探測，直到尋找到下一個空位置為止。
插入：
通過哈希函數獲取待插入元素在哈希表中的位置，如果該位置中沒有元素則直接插入新元素，如果該位置中有元素發生哈希沖突，使用線性探測找到下一個空位置，插入新元素。
采用閉散列處理哈希沖突時，不能隨便物理刪除哈希表中已有的元素，若直接刪除元素會影響其他元素的搜索。比如刪除元素4，如果直接刪除掉，44查找起來可能會受影響。因此線性探測采用標記的偽刪除法來刪除一個元素。
但是：閉散列最大的缺陷就是空間利用率比較低，這也是哈希的缺陷。

六：（2）沖突-解決-開散列/哈希桶（重點）
開散列法又叫鏈地址法(開鏈法)，首先對關鍵碼集合用散列函數計算散列地址，具有相同地址的關鍵碼歸于同一子集合，每一個子集合稱為一個桶，各個桶中的元素通過一個單鏈表鏈接起來，各鏈表的頭結點存儲在哈希表中。

從上圖可以看出，開散列中每個桶中放的都是發生哈希沖突的元素。
開散列，可以認為是把一個在大集合中的搜索問題轉化為在小集合中做搜索了。

七：性能分析
雖然哈希表一直在和沖突做斗爭，但在實際使用過程中，我們認為哈希表的沖突率是不高的，沖突個數是可控的，也就是每個桶中的鏈表的長度是一個常數，所以，通常意義下，我們認為哈希表的插入/刪除/查找時間復雜度是O(1) 。
八：和 java 類集的關系

1. HashMap 和 HashSet 即 java 中利用哈希表實現的 Map 和 Set
2. java 中使用的是哈希桶方式解決沖突的
3. java 會在沖突鏈表長度大于一定閾值后，將鏈表轉變為搜索樹（紅黑樹）
4. java 中計算哈希值實際上是調用的類的 hashCode 方法，進行 key 的相等性比較是調用 key 的 equals 方法。所以如果要用自定義類作為 HashMap 的 key 或者 HashSet 的值，必須覆寫 hashCode 和 equals 方 法，而且要做到 equals 相等的對象，hashCode 一定是一致的。