一.哈希表基础
1.核心
哈希表 = 数组 + 哈希函数 + 冲突处理
目标：理想情况下 O (1) 时间完成查找、插入、删除。
- 普通数组：按下标访问很快，但不知道下标就只能遍历 O (n)。
- 哈希表：给任意「关键字 key」算出一个数组下标，直接定位存储位置。
2.哈希函数
输入：任意长度关键字 key（整数、字符串、对象等）
输出：固定范围的整数，称为哈希值
核心目标：把分布杂乱的 key，尽可能均匀散布到各个下标，减少哈希冲突。
要求： 计算快；输出范围落在数组下标区间 0, size-1；尽量让 key 均匀分布，减少碰撞。
3.哈希表优缺点
优点 ：精准点查询、插入、删除速度极快，平均常数级耗时；结构简单、内存开销可控；广泛用于数据库哈希连接、临时查询结构、元数据表、哈希索引。
缺点：数据无序，无法支持范围查询、前缀匹配、排序；存在哈希冲突风险，最坏性能退化至O(n)；静态哈希表扩容成本极高。
二.静态哈希方案
（静态哈希指哈希表容量初始化后固定不变，无法动态伸缩，若存储空间不足，必须整体重建整张哈希表。静态哈希存在三大理想化假设：数据总量已知且固定、所有键值唯一、哈希函数无冲突，在真实数据库场景均不成立，因此衍生两种主流实现：线性探测哈希、布谷鸟哈希。）
1.线性探测哈希
（1）核心逻辑
基于固定大小的环形数组槽位，寻址公式：hash(key) % N。key:要存储查找的关键字。hash:哈希函数，作用是把任意长度的Key，转化成一个整数哈希值。N：哈希表的固定大小（也就是槽位的总数，比如数组长度为10，则N=10）
- 插入： 键值哈希命中槽位，若槽位被占用，则向后线性遍历后续槽位，循环寻址，直至找到空闲槽位存入数据；
- 查询： 定位初始哈希槽位，向后线性扫描，匹配键值则返回数据，遇到空槽则判定数据不存在；
- 删除： 禁止直接清空槽位，否则会中断后续探测链路，导致后续数据无法查询。
（2）墓碑标记
开放寻址哈希删除元素时，不能直接清空位置，否则切断探测链路导致后面的数据找不到；于是设立墓碑标记：代表这里曾经有数据，现在删了，查询路过时不要停下，继续往后搜寻。
缺点：
- 墓碑不会自动消失
反复增删，数组里墓碑越堆越多。每次查找都要跨过一堆墓碑，探测链条越来越长，性能持续下降。
解决手段：定期重建哈希表，清除全部墓碑。 - 墓碑不能当做空位给新车停放
分两种实现策略：
策略 1（保守）：墓碑不允许直接存入新数据，只做通路；
策略 2（优化）：插入新元素时，可以覆盖墓碑位置，缩短探测链。
2.布谷鸟哈希
（1）技术背景
线性探测哈希的查询、删除性能不稳定，高负载下性能退化严重。为了解决该问题，布谷鸟哈希采用多哈希函数寻址机制，彻底缩短探测路径，保证查询、删除操作稳定高效，满足数据库对查询性能稳定的需求。
（2）核心逻辑
核心设计：为同一个键值提供多个哈希函数 ，映射出多个可选存储槽位。
- 插入： 优先遍历多个哈希槽位，存入空闲槽位；若所有槽位均被占用，则随机驱逐已有数据，将被驱逐数据重新哈希寻址，循环迭代；若出现循环驱逐、无法收敛，则重建哈希表、扩容并更新哈希种子。
- 查询/删除： 仅需要计算多个固定槽位，精准校验，无需线性遍历，因此可以稳定保证O(1)查询、删除复杂度。
三.动态哈希方案
（静态哈希最大缺陷为无法按需扩容，数据量增长后必须全量重建，IO与CPU开销极高。动态哈希技术的核心背景就是解决静态哈希扩容成本过高的问题，实现哈希表增量伸缩，无需全量重建，适配数据库数据持续增长的真实场景。包含链式哈希、可扩展哈希、线性哈希三种主流实现。）
1.链式哈希
（1）技术背景
开放寻址类静态哈希在高冲突场景性能极差，为了彻底解决哈希堆积问题，同时实现基础动态扩容能力，链式哈希应运而生，是最简单、最通用的动态哈希方案。
（2）核心逻辑
哈希表每个槽位不直接存储数据，而是存储桶链表指针。所有哈希到同一槽位的数据，全部追加至该槽位对应的桶链表中。
- 插入： 计算槽位，将数据追加至对应链表尾部；
- 查询： 定位槽位，遍历链表匹配目标键值；
- 删除： 遍历链表删除对应节点，无需墓碑标记，直接删除数据即可。
（3）优缺点
优点 ：彻底规避开放寻址的数据聚类问题；支持无限追加数据，天然适配动态数据增长；删除逻辑简单、无数据丢失风险。
缺点：链表指针存储带来额外内存开销；链表离散存储；链表过长时查询性能退化严重。
2.可扩展哈希
（1）技术背景
链式哈希会导致链表无限变长，性能持续退化。为了限制链表长度、实现精细化增量扩容，可扩展哈希优化链式哈希，通过桶分裂替代链表无限增长，平衡动态扩容与查询性能。
（2）核心逻辑
引入全局深度、局部深度 两个位计数，通过哈希值高位比特匹配桶地址：
1、全局深度：代表当前哈希表整体寻址比特位数，控制目录数组大小；
2、局部深度：单个桶的寻址比特位数；
3.线性哈希
（1）技术背景
可扩展哈希仅在桶溢出时分裂，扩容随机性强，容易出现部分桶数据堆积、负载不均衡。线性哈希为了实现均匀、有序、可控的增量扩容，引入分裂指针机制，统一管控扩容节奏。
（2）核心逻辑
核心是维护全局分裂指针 ，标记下一个待分裂的桶。
无论哪个桶出现数据溢出，系统都优先分裂指针指向的桶，而非溢出桶。同时维护新旧两套哈希函数，分裂后的桶使用新哈希函数重分布数据。指针遍历完所有桶后，完成一轮全局扩容，重置指针、废弃旧哈希函数。同时支持反向收缩，空闲桶过多时可缩容，节省存储空间。