解决哈希冲突的三种方法

为什么会哈希冲突

我们知道，在使用Map，Set这些集合时，都会重写hashcode方法，但Java中的hashCode方法会将对象映射到一个32位的整数范围（即从-2^31 到 2^31-1）。无论输入数据多么庞大，哈希函数生成的哈希值总是落在这个有限范围内。因此是会存在hash冲突的。

无论哈希函数设计得多么好，也无法避免所有冲突。一个好的哈希函数应尽可能地将输入数据均匀地分布到输出范围内，但总会有一些不同的输入数据生成相同的输出哈希值。这是因为哈希函数本质上是一个压缩映射过程，将大量输入映射到较小的输出范围。

尽管哈希冲突不可避免，但有多种方法可以处理哈希冲突，解决哈希冲突的三种方法：

拉链法、开放地址法、再散列法

拉链法

HashMap，HashSet其实都是采用的拉链法来解决哈希冲突的，就是在每个位桶实现的时候，采用链表（jdk1.8之后采用链表+红黑树）的数据结构来去存取发生哈希冲突的输入域的关键字（也就是被哈希函数映射到同一个位桶上的关键字）

拉链法的装载因子为n/m（n为输入域的关键字个数，m为位桶的数目）

开放地址法

所谓开放地址法就是发生冲突时在散列表（也就是数组里）里去寻找合适的位置存取对应的元素，就是所有输入的元素全部存放在哈希表里。也就是说，位桶的实现是不需要任何的链表来实现的，换句话说，也就是这个哈希表的装载因子不会超过1。

它的实现是在插入一个元素的时候，先通过哈希函数进行判断，若是发生哈希冲突，就以当前地址为基准，根据再寻址的方法（探查序列），去寻找下一个地址，若发生冲突再去寻找，直至找到一个为空的地址为止。

探查序列的方法:

• 线性探查
• 平方探测
• 伪随机探测

线性探查

di =1，2，3，…，m-1；这种方法的特点是：冲突发生时，顺序查看表中下一单元，直到找出一个空单元或查遍全表。

（使用例子：ThreadLocal里面的ThreadLocalMap中的set方法）

private void set(ThreadLocal<?> key, Object value) {

    // We don't use a fast path as with get() because it is at
    // least as common to use set() to create new entries as
    // it is to replace existing ones, in which case, a fast
    // path would fail more often than not.

    Entry[] tab = table;
    int len = tab.length;
    int i = key.threadLocalHashCode & (len-1);

    //线性探测的关键代码
    for (Entry e = tab[i];
         e != null;
         e = tab[i = nextIndex(i, len)]) {
        ThreadLocal<?> k = e.get();

        if (k == key) {
            e.value = value;
            return;
        }

        if (k == null) {
            replaceStaleEntry(key, value, i);
            return;
        }
    }

    tab[i] = new Entry(key, value);
    int sz = ++size;
    if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
        rehash();
}

但是这样会有一个问题，就是随着键值对的增多，会在哈希表里形成连续的键值对。当插入元素时，任意一个落入这个区间的元素都要一直探测到区间末尾，并且最终将自己加入到这个区间内。这样就会导致落在区间内的关键字Key要进行多次探测才能找到合适的位置，并且还会继续增大这个连续区间，使探测时间变得更长，这样的现象被称为“一次聚集（primary clustering）”。

平方探测

在探测时不一个挨着一个地向后探测，可以跳跃着探测，这样就避免了一次聚集。

di=12，-12，22，-22，…，k2，-k2；这种方法的特点是：冲突发生时，在表的左右进行跳跃式探测，比较灵活。虽然平方探测法解决了线性探测法的一次聚集，但是它也有一个小问题，就是关键字key散列到同一位置后探测时的路径是一样的。这样对于许多落在同一位置的关键字而言，越是后面插入的元素，探测的时间就越长。

这种现象被称作“二次聚集(secondary clustering)”,其实这个在线性探测法里也有。

伪随机探测

di=伪随机数序列；具体实现时，应建立一个伪随机数发生器，（如i=(i+p) % m），生成一个位随机序列，并给定一个随机数做起点，每次去加上这个伪随机数++就可以了。

再散列法

再散列法其实很简单，就是再使用哈希函数去散列一个输入的时候，输出是同一个位置就再次散列，直至不发生冲突位置

缺点：每次冲突都要重新散列，计算时间增加。一般不用这种方式