寫在前面： 博主是一名軟件工程系大數據應用開發專業大二的學生，暱稱來源於《愛麗絲夢遊仙境》中的Alice和自己的暱稱。作爲一名互聯網小白，
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前面已經陸陸續續寫了幾篇介紹數據結構的博客，包含數組，鏈表，棧和隊列…本篇博客，我們再來學習一種有趣的數據結構——散列表。
概念
首先我們需要明白什麼是哈希表？
哈希表（Hash table，也叫散列表），是根據關鍵碼值(Key value)而直接進行訪問的數據結構。也就是說，它通過把關鍵碼值映射到表中一個位置來訪問記錄，以加快查找的速度。這個映射函數叫做散列函數，存放記錄的數組叫做散列表。
只要給出一個Key，就可以高效查找到它所匹配的Value，時間複雜度接近 於O(1)。
從散列表通過Key來查找Value的方式，我們不難得出，散列表在本質上也是一個數組
但是看到這裏，就有朋友想問了，數組不是隻能通過下標(數字索引)來進行訪問元素嗎？散列表的key值是以字符串類型爲主的，那是怎麼將它們關聯在一起的呢？？？
哈希函數
其實有這樣的疑惑是很正常的。
我們在上面概念介紹時，談到過一個概念，叫做"散列函數"，其實它就是我們所熟知的哈希(Hash)函數。
我們正是通過哈希函數，把Key和數組下標進行轉換。
在不同的語言中，哈希函數的實現方式是不一樣的。這裏以Java的常用集合HashMap 爲例，來看一看哈希函數在Java中的實現。
在Java及大多數面向對象的語言中，每一個對象都有屬於自己的hashcode，這個hashcode是區分不同對象的重要標識。無論對象自身的類型是什麼，它們的hashcode都是一個整型變量。
既然hashcode和數組都是整型變量，那麼它們之間轉換就很容易實現。事實上，它們之間的轉換遵循下面的公式，也就是所謂的哈希函數。
通過哈希函數，我們可以把字符串或其他類型的Key，轉化成數組的下標index。
如給出一個長度爲8的數組，則當
看到這裏，大家是否有一種恍然大悟的感覺呢！我們如果想要往散列表中寫入元素，實際上就是先對key值求hash，然後與數組長度求餘得到一個數值，然後把元素放入到對應數值下標的數組中即可。
哈希衝突
但是，是否有考慮過有這麼一種情況？
由於數組的長度是有限的，當插入的元素越來越多時，不同的Key通過哈希函數獲得的下標有可能是相同的。例如002936這個Key對應的數組下標是2；002947這個Key 對應的數組下標也是2。
這個時候，顯然key爲002947的value無法插入到下標爲2的數組中。
這種情況，就叫作哈希衝突。
解決哈希衝突的方法，主要有鏈表法和開放尋址法
開放尋址
開放尋址法的原理很簡單，當一個Key通過哈希函數獲得對應的數組下標已被佔用 時，我們可以“另謀高就”，尋找下一個空檔位置。
這就是開放尋址法的基本思路。當然，在遇到哈希衝突時，尋址方式有很多種，並不一定只是簡單地尋找當前元素的後一個元素，這裏只是舉一個簡單的示例而已。
在Java中，ThreadLocal所使用的就是開放尋址法。
鏈表法
接下來，重點講一下解決哈希衝突的另一種方法——鏈表法。這種方法被應用在了Java的集合類HashMap當中。
HashMap數組的每一個元素不僅是一個Entry對象，還是一個鏈表的頭節點。每一個 Entry對象通過next指針指向它的下一個Entry節點。當新來的Entry映射到與之衝突的數組位置時，只需要插入到對應的鏈表中即可。
擴容
在講解數組時，曾經介紹過數組的擴容。既然散列表是基於數組實現的，那麼散列表 也要涉及擴容的問題。
首先，什麼時候需要進行擴容呢？
當經過多次元素插入，散列表達到一定飽和度時，Key映射位置發生衝突的概率會逐 漸提高。這樣一來，大量元素擁擠在相同的數組下標位置，形成很長的鏈表，對後續插入操作和查詢操作的性能都有很大影響。
這時，散列表就需要擴展它的長度，也就是進行擴容。
對於JDK中的散列表實現類HashMap來說，影響其擴容的因素有兩個。
- Capacity，即HashMap的當前長度
- LoadFactor，即HashMap的負載因子，默認值爲0.75f
衡量HashMap需要進行擴容的條件如下：
事實上，擴容不是簡單地把散列表的長度擴大，而是經歷了下面兩個步驟:
1、擴容，創建一個新的Entry空數組，長度是原數組的2倍。
2．重新Hash，遍歷原Entry數組，把所有的Entry重新Hash到新數組中。爲什麼要重 新Hash呢？因爲長度擴大以後，Hash的規則也隨之改變。
經過擴容，原本擁擠的散列表重新變得稀疏，原有的Entry也重新得到了儘可能均勻的分配。
擴容前的HashMap
擴容後的HashMap
以上就是散列表各種基本操作的原理。由於HashMap的實現代碼相對比較複雜，有興趣的讀者可以在JDK中直接閱讀HashMap類的源碼。
需要注意的是，關於HashMap的實現，JDK 8和以前的版本有着很大的不同。當多個 Entry被Hash到同一個數組下標位置時，爲了提升插入和查找的效率，HashMap會把Entry 的鏈表轉化爲紅黑樹這種數據結構。建議讀者把兩個版本的實現都認真地看一看，這會讓你受益匪淺。
本篇博客中說明和彩圖大部分來源於《漫畫算法》，應本書作者要求，加上本書公衆號《程序員小灰》二維碼。
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總結
散列表也叫哈希表，是存儲Key-Value映射的集合。對於某一個Key，散列表可以在接近O(1)的時間內進行讀寫操作。散列表通過哈希函數實現Key和數組下標的轉換，通過開放尋址法和鏈表法來解決哈希衝突。
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