Из каких компонентов состоит реализация хеш-таблицы? Как она устроена?

Хеш-таблица (в Go реализована как тип map) — это структура данных, которая позволяет хранить пары "ключ-значение" и обеспечивает очень быстрый доступ к данным в среднем за O(1). Её реализация состоит из следующих ключевых компонентов:

1. Базовый массив (Array of Buckets)

   • Это основное хранилище данных. Массив разделен на ячейки, которые называются бакетами (buckets) или слотами.

2. Хеш-функция (Hash Function)

   • Это функция, которая принимает на вход ключ и преобразует его в целое число — хеш-код. Этот хеш-код затем используется для вычисления индекса бакета в массиве (обычно через операцию hash % array_size).
   • Требования к хорошей хеш-функции:
     • Детерминированность: для одного и того же ключа всегда возвращает один и тот же хеш.
     • Эффективность: быстро вычисляется.
     • Равномерное распределение: минимизирует количество коллизий.

3. Механизм разрешения коллизий

   • Коллизия возникает, когда хеш-функция генерирует одинаковый индекс для разных ключей. Это самый важный аспект реализации. Основные подходы:
     • Метод цепочек (Separate Chaining): Каждый бакет является указателем на связанный список (или другую структуру) элементов с одинаковым хешем. Именно этот метод используется в Go.
     • Открытая адресация (Open Addressing): Если бакет занят, ищется следующий свободный бакет в самом массиве (например, следующий по порядку — линейное пробирование).

4. Механизм перехеширования (Rehashing)

   • Когда количество элементов в таблице превышает определенный порог (коэффициент загрузки, load factor), производительность падает.
   • Чтобы это исправить, создается новый, больший массив бакетов (обычно в 2 раза больше). Затем все элементы из старой таблицы переносятся в новую с пересчетом их хешей под новый размер массива.
   • В Go перехеширование происходит инкрементально (постепенно), чтобы избежать больших пауз в работе приложения.

Таким образом, когда вы пишете myMap[key] = value, Go выполняет следующие шаги (упрощенно):

1. Вычисляет хеш от key.
2. Определяет номер бакета по хешу.
3. Внутри бакета находит нужный ключ (или место для вставки), сравнивая хеши и сами ключи.
4. Если возникает коллизия, используется цепочка overflow бакетов.