文章目錄

• 前言
• • 關聯對象的底層原理
  • weak的實現原理
  • KVO的實現原理
  • iOS App簽名的原理
  • 對象引用計數存儲的位置
  • Runloop與線程的存儲關系
  • NSDictionary的原理
• 哈希表
• • 哈希表定義
  • 哈希表優缺點
  • 哈希查找步驟
  • 哈希表的存儲過程
  • 哈希表的實現
  • 負載因子 = 總鍵值對數/數組的個數
  • 哈希沖突的解決方法
  • • 開散列
    • 閉散列
    • 再哈希法
    • 建立公共溢出區
    • 開閉散列二者的比較
    • • 拉鏈法的優點：
      • 拉鏈法的缺點：
      • 線性探測法的缺點
• NSDictionary

前言

天天聽安卓的同學整Hash，猛的發現iOS也有很多底層原理也是Hash來實現的，好好學一下。

iOS中也用到了很多Hash表。

關聯對象的底層原理

[iOS開發]Category、Extension和關聯對象

關聯對象采用的是HashMap嵌套HashMap的結構存儲數據的，簡單來說就是根據對象從第一個HashMap中取出存儲所有關聯對象的第二個HashMap，然后根據屬性名從第二個HashMap中取出屬性對應的值和策略。

問題：為什么關聯對象沒有weak屬性？

weak的實現原理

weak底層原理

weak采用的是一個全局的HashMap嵌套數組的結構存儲數據的。銷毀對象(weak指針指向的對象)的時候，根據對象從HashMap中找到存放所有指向該對象的weak指針的數組，然后將數組中的所有元素（weak指針）都置為nil

weak最大的特點就是在對象銷毀的時候，自動置nil，減少訪問野指針的風險，這也是設計weak的初衷。weak指針置nil的基本步驟：

• 對象dealloc的時候，從全局的HashMap中，根據一個唯一代碼對象的值作為key，找到存儲所有指向該對象的weak指針的數組
• 將數組中的所有元素都置nil

蘋果對于weak的實現其實類似于通知的實現，指明誰（weak指針）要監聽誰（賦值對象）什么事件（dealloc操作）執行什么操作（置nil）

KVO的實現原理

GNUstep KVC/KVO探索（二）：KVO的內部實現

iOS App簽名的原理

一致性Hash算法 + 非對稱加密算法

iOS App 簽名的原理

對象引用計數存儲的位置

if 對象支持TaggedPointer {return 直接將對象的指針值作為引用計數返回 } else if 設備是64位環境 && Objective-C2.0 {return 對象isa指針的一部分空間(bits_extra_rc) } else {return hash表 }

Runloop與線程的存儲關系

線程和Runloop之間是一一對應的關系，其關系是保存在一個全局的Dictionary里。

線程在剛創建是沒有RunLoop,如果我們不主動獲取，那他就一直都不會有。RunLoop的創建是發生在第一次獲取時，RunLoop的銷毀時發生在線程結束時。我們只能在一個線程內部獲取其RunLoop。

NSDictionary的原理

學完Hash之后我們來學習具體的實現

哈希表

前面說了那么多的底層原理都與Hash表有關，我們來詳細學一下哈希表

哈希表定義

哈希表(hash tabl，也叫散列表），是根據鍵(key)直接訪問在內存存儲位置的數據結構。哈希表本質是一個數組，數組中的每一個元素成為一個箱子，箱子中存放的是鍵值對。根據下標index從數組中取value。關鍵是如何獲取index，這就需要一個固定的函數（哈希函數），將key轉換成index。不論哈希函數設計的如何完美，都可能出現不同的key經過hash處理后得到相同的hash值，這時候我們就需要處理哈希沖突。

哈希表優缺點

優點：把數據的存儲和查找消耗的時間大大降低，幾乎可以看成是常數時間；而代價僅僅是消耗比較多的內存。然而在當前可利用內存越來越多的情況下，用空間換時間的做法是值得的。另外，編碼比較容易也是它的特點之一。

缺點：哈希表通常是基于數組，數組創建后難于擴展。也沒有一種簡便的方法可以以任何一種順序來遍歷哈希表。

所以，如果不需要有序遍歷數據，并且可以提前預測數據量的大小，那么哈希表在速度和易用性方面是無與倫比的。

哈希查找步驟

使用哈希函數將被查找的鍵轉換為數組的索引，理想情況下（hash函數設計合理）不同的鍵映射的數組下標也不同，所有的查找時間復雜度為O(1)。但是實際情況下不是這樣的，所以哈希查找的第二部就是處理哈希沖突。

處理哈希沖突有很多方法，比如拉鏈法、線性探測法…

哈希表的存儲過程

使用hash函數根據key得到哈希值h

如果箱子的個數為n，那么值應該存放在底(h%n)個箱子中。h%n的值范圍為[0,n-1]。

如果該箱子非空（已經存放了一個值）即不同的key得到了相同的h產生了哈希沖突，此時需要使用拉鏈法或者開放定址線性探測法解決沖突

哈希表的實現

哈希表的底層實際上是基于數組來存儲的，當插入鍵值對時，并不是直接插入該數組中，而是通過對鍵進行Hash運算得到Hash值，然后和數組容量取模，得到在數組中的位置后再插入。取值時，先對指定的鍵求Hash值，再和容量取模得到底層數組中對應的位置，如果指定的鍵值與存貯的鍵相匹配，則返回該鍵值對，如果不匹配，則表示哈希表中沒有對應的鍵值對。這樣做的好處是在查找、插入、刪除等操作可以做到 O ( 1 ) O(1) O(1)，最壞的情況是 O ( n ) O(n) O(n)，當然這種是最極端的情況，極少遇到。

負載因子 = 總鍵值對數/數組的個數

負載因子是哈希表的一個重要屬性，用來衡量哈希表的空/滿成都，一定程度也可以體現查詢的效率。負載因子越大，意味著哈希表越滿，越容易導致沖突，性能也就越低。所以當負載因子大于某個常數（一般是0.75）時，哈希表將自動擴容。哈希表擴容是，一般會創建兩倍于原來的數組長度。這個過程被稱為重哈希(rehash)。

哈希表擴容在數組比較多的時候需要重新哈希并移動數據，性能影響較大。

哈希表擴容雖然能夠使負載因子降低，但并不總能有效提高哈希表的查詢性能。比如哈希函數設計的不合理，導致所有的key計算出的哈希值都相同，那么即使擴容他們的位置還是在同一條鏈表上，變成了線性表，性能也極低，查詢時候的時間復雜度就變成了O(n)。

哈希沖突的解決方法

大類分為四種 開散列、閉散列、再哈希法、建立公共溢出區

開散列

開散列也叫鏈地址法，也叫拉鏈法、哈希桶。

簡單來說就是 數組 + 鏈表。將鍵通過hash函數映射為大小為M的數組的下標索引，數組的每一個元素指向一個鏈表，鏈表中的每一個節點都存儲著hash出來的索引值為結點下標的鍵值對。

JAVA 8解決哈希沖突采用的就是拉鏈法。在處理哈希函數設計不合理導致鏈表很長時（鏈表長度超過8切換為紅黑樹，小于6重新退化為鏈表）。將鏈表切換為紅黑樹能夠保證插入和查找的效率，缺點是當哈希表比較大時，哈希表擴容會導致瞬時效率降低。

Redis解決哈希沖突采用的也是拉鏈法。通過增量式擴容解決了java 8中的瞬時擴容導致的瞬時效率降低的缺點，同時拉鏈法的實現方式（新插入的鍵值對放在鏈表頭部）帶來了兩個好處：
一、 頭插法可以節省插入耗時。如果插到尾部，則需要時間復雜度為O(n)的操作找到鏈表的尾部，或者需要額外的內存地址來保存尾部鏈表的位置。
二、頭插法可以節省查找耗時。最新插入的數據往往可能頻繁的被查詢。

閉散列

閉散列也叫開放地址法、線性探測法。

當發生哈希沖突時，且哈希表未滿，可以通過探測的方法吧key存放在沖突位置的下一個位置中。

方法一：線性探測
從發生沖突的位置開始，一次向后探測，直到尋找到下一個空位置為止。當然這種方法比較簡單，也有很大的缺陷，就是容易造成數據的堆積，使得關鍵字需要多次比較，這樣以來就導致搜索效率低

方法二：二次探測

方法三：偽隨機探測
建立一個偽隨機數發生器（如 i = (i + p) % m），生成一個偽隨機序列，并給定一個隨機數做起點，每次加上這個偽隨機數，++就可以了。

再哈希法

再哈希法其實很簡單，就是再使用哈希函數去散列一個輸入的時候，輸出是同一個位置就再次哈希，直至不發生沖突位置

缺點：每次沖突都要重新哈希，計算時間增加。

建立公共溢出區

這種方法的基本思想是：將哈希表分為基本表和溢出表兩部分，凡是和基本表發生沖突的元素，一律填入溢出表。

開閉散列二者的比較

拉鏈法的優點：

與線性探測法相比，拉鏈法有如下幾個優點：

• 處理沖突簡單，且無堆積現象，即非同義詞絕不會發生沖突，因此平均查找長度較短；
• 由于拉鏈法中各鏈表上的結點空間是動態申請的，所以更適合于造表錢無法確定表長的情況
• 線性探測法為減少沖突，要求裝填因子較小，故當結點規模較大時會浪費很多空間。二拉鏈法中可取a>=1，且結點較大時，拉鏈法中增加的指針域可忽略不計，因此節省空間
• 在用拉鏈法構造的散列表中，刪除結點的操作易于實現。只要簡單地刪去鏈表上相應的結點即可。而對開放定址線性探測發構造的散列表，刪除結點不能簡單地將被刪結 點的空間置為空，否則將截斷在它之后填人散列表的同義詞結點的查找路徑。這是因為各種開放定址線性探測發中，空地址單元(即開放地址)都是查找失敗的條件。因此在用開放定址線性探測發處理沖突的散列表上執行刪除操作，只能在被刪結點上做刪除標記，而不能真正刪除結點。

拉鏈法的缺點：

指針需要額外的空間，故當結點規模較小時，開放定址線性探測法較為節省空間，而若將節省的指針空間用來擴大散列表的規模，可使裝填因子變小，這又減少了開放定址線性探測法中的沖突，從而提高平均查找速度。

線性探測法的缺點

容易產生堆積問題

不適于大規模的數據存儲

散列函數的設計對沖突會有很大的影響

插入時可能會出現多次沖突的現象，刪除的元素是多個沖突元素中的一個，需要對后面的元素作處理，實現較復雜

結點規模很大時會浪費很多空間

NSDictionary

總結

以上是生活随笔為你收集整理的[iOS开发]iOS中的Hash的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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