HashTable：数据结构课程家庭作业（第三学期）2019

**哈希表（HashTable）详解** 哈希表是一种在计算机科学中广泛使用的数据结构，它提供了高效的插入、删除和查找操作。在Java编程语言中，`HashTable`是`java.util`包下的一个类，它是线程安全的，适用于多线程环境。本课程家庭作业将深入探讨哈希表的基本原理及其在Java中的实现。 ### 哈希表概述 哈希表基于哈希函数将数据存储在数组中，通过计算元素的哈希值来确定元素的存储位置。哈希函数的目标是将任意大小的键映射到固定大小的哈希码，使得相同键的哈希值尽可能一致，以降低冲突的概率。哈希表通过解决冲突来保证数据的正确性，常见的解决冲突的方法有开放寻址法、链地址法和再哈希法等。 ### Java中的HashTable Java中的`HashTable`类是基于哈希表的数据结构实现，它包含了一个内部的`Entry`类，每个`Entry`对象存储一对键值。`HashTable`保证了线程安全，因此在多线程环境下可以无需额外同步控制地进行操作。 #### 基本操作 1. **插入**：`put(key, value)`方法用于将键值对插入哈希表。首先计算键的哈希值，然后根据哈希值找到对应的数组索引，如果该位置已有元素，则通过比较键来解决冲突。 2. **查找**：`get(key)`方法通过键获取对应的值。首先计算键的哈希值，然后找到数组对应位置，若存在冲突，会遍历链表直至找到匹配的键值对或返回`null`。 3. **删除**：`remove(key)`方法根据键删除键值对。同样先计算键的哈希值，找到对应位置，然后从链表中移除匹配的键值对。 4. **容量与负载因子**：`HashTable`维护了两个关键参数：容量(capacity)和负载因子(load factor)。当元素数量达到容量乘以负载因子时，哈希表会自动扩容，以保持良好的性能。 #### 特性与限制 1. **线程安全**：`HashTable`的所有方法都进行了同步处理，因此在多线程环境中可以安全使用，但这也牺牲了一定的性能。 2. **不支持null键值**：`HashTable`不允许键或值为`null`，这是与`HashMap`的一个重要区别。 3. **迭代器**：`HashTable`没有提供`Iterator`接口，而是使用`Enumeration`进行迭代，这使得遍历操作相对不便。 ### 哈希表的应用场景 哈希表在许多实际应用中发挥着重要作用，如缓存系统、数据库索引、集合类的实现（如`HashMap`、`WeakHashMap`等）以及编译器的符号表等。 ### 课程作业 在这个家庭作业中，你可能需要： 1. 实现一个简单的哈希表数据结构，包括基本操作（插入、查找、删除）。 2. 分析并比较不同冲突解决策略的影响。 3. 设计并实现一个自定义的哈希函数，观察其对哈希表性能的影响。 4. 探究`HashTable`的线程安全特性，并通过示例代码展示其在多线程环境中的行为。 5. 实现一个基于`HashTable`的简单缓存系统，研究缓存淘汰策略。 通过这些练习，你将深化对哈希表的理解，掌握其设计原理及在Java中的实现细节，同时也能提升解决问题和分析性能的能力。