对缓存技术讨论的一些补充

2005年2月5日

想起以前看 Linux 书的时候,里面说过为了缓存,Linux 使用了散列表。对于散列表的实现,主要有三个方面:散列函数、冲突解决方案、散列表大小策略。一般来说,整型的散列函数就是直接输出整型值。散列表的大小策略一般就是大小为一个质数(一般来说这样可以最大程序避免冲突)。而冲突解决方案主要有三种:第一种是再散列,即冲突发生时,将新加入的元素用某种方法再查找空位;第二种是链接表,即冲突发生时,将元素以链接表结点的形式记在已有元素之后;第三种是另外开一个表,专门存储冲突元素,这一般用于冲突很少的情况。

再散列是比较常用的做法,因为它对散列表的结构要求比较简单:只要是数组就行。.NET 类库中的散列表就采用这种做法。再散列的方法可以是依次查找再散列,即当冲突发生时,向下依次找,找到空白位置为止。可以是对称依次查找再散列。也可以是平方探测再散列。平方探测再散列有一种特殊情况:设散列表大小是 n,如果找到 n – 1 的平方还没有找到空位,那么应该采用其他方法,如依次查找,否则将会引起死循环。举个例子:当 n = 3 时,1 的平方模 3 余 1,2 的平方模 3 是 1,此时如果再找 3 的平方,是没有意义的,因为 3 的平方模 3 余 0,又回到冲突的位置上去了。如果找 4 的平方也是没有意义的,因为 4 模 3 余 1,4 的平方模 3 的结果等于 1 的平方模 3 的结果。同样,找比 4 更大的平方也没有意义。所以要改变策略。

散列表的好处是:当冲突较少时,查找的时间复杂度接近 O(1)。不过坏处是:当冲突较多时,查找的时间复杂度接近 O(n)。

比起我所设想的稀疏数组,以再散列为冲突解决办法的散列表的好处是实现简单,平均效率可能比较高。不过稀疏数组的效率比较稳定,是它的好处。

有关散列表、稀疏数组、AVL 树、B 树

前天晚上和昨天(2005 年 2 月 11 日)想了很长时间,发现稀疏数组的平均效率在特殊情况下(非常不均匀的情况下)可能会很低。相比散列表就低得多了!
看来还是有必要用 AVL 树(平衡二叉搜索树)或 B/B+ 树来代替的。不过现在发现一个更明显的问题:虽然散列表在特殊情况下的效率可能非常低,但是一般情况下比 AVL 树和 B 树的效率都要高。而且,AVL 树和 B 树还需要程序自己开一个内存池与内存分配/释放程序以提供高速的内存分配与释放。也就是说,多数情况下,散列表更好!看来是没有必要舍弃散列表了。呵呵。

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