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【连载】关系型数据库是如何工作的?(6)

最后我们介绍的重要数据结构就是hash表。当你需要快速查找的时候非常有用,而且理解hash表会有助于我们以后理解常用数据库join方式之一hash join。这种数据结构常被数据库用作存储内部数据结构:表锁或缓存池(后续章节会介绍)。 hash表能够通过元素key快速
最后我们介绍的重要数据结构就是hash表。当你需要快速查找的时候非常有用,而且理解hash表会有助于我们以后理解常用数据库join方式之一hash join。这种数据结构常被数据库用作存储内部数据结构:表锁或缓存池(后续章节会介绍)。
hash表能够通过元素key快速找到元素的,为了构建一张hash表,你需要定义:
一个元素的key;一个关于key的hash函数,key的hash值就代表元素所在的位置(我们通常称为hash桶);一个关于key的比较函数,一旦你找到了正确的桶,你就可以通过比较函数找到正确的元素。一个简单的例子让我们看一个虚拟的例子:
上图中的hash表实际有10个桶,hash函数就是取10的余数,也就是每个key的个位数字:
如果个位数是0,则元素在0号桶;如果个位数是1,则元素在1号桶;如果个位数是2,则元素在2号桶;…比较函数就是比较两个整数是否相同的函数。如果我们想要找到78:
hash表计算的78的哈希值是8;找到8号桶,第一个元素就是78;返回78;整个搜索花费2个操作:1-计算hash值;2-找到桶中的元素;如果我们想要找到59:
hash表计算的59的哈希值是9;找到9号桶,第一个元素是99,99!=59,因此这不是我要找的元素;用相同的逻辑找到9,79,…,最后一个29;元素59并不存在;真个搜索花费7个操作。好hash函数的标准标准依赖于你要查找的值,不同类型的值花费是不同的。
如果将之前例子中的hash函数换为取1 000 000的余数(也就是最后6位数),第二个例子耗费的操作数就会降为1,因为在000059号桶中没有元素。实际上,真正的难点就是找到一个能够尽可能降低每个桶中元素数量的hash函数。(译者注:我们一般称之为降低hash冲突)
在上述两个例子中,找到一个好的hash函数很容易。但是当key是下列类型时,找到一个好hash函数很困难:
1个字符串,比如一个人的名字;2个字符串,比如一个人的姓+名字;2个字符串和一个日期,比如一个人的姓+名字+出生日期。只要拥有一个足够好的hash函数,搜索的时间复杂度就是o(1)。
数组和hash表的比较什么情况下需要使用数组呢?这是一个好问题!
基于hash的数据库表,可以在内存中只加载一般的桶,其他桶可以留在磁盘上;数组必须占用一个连续的内存空间,如果一个基于二维数组的数据库表很大,那么要在内存中找到足够的连续空间很困难;基于hash的数据库表,你可以选择任意的key,比如可以选择key为国家+名字。关于更多的信息,可以参考我写的另外一篇文章java hashmap。但理解这篇文章并不要求你理解java。
下一章我们来开始介绍数据库的整体视图。
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