一致性hash算法--字符串哈希函数比较

秒速五厘米 2022-05-27 13:18 228阅读 0赞

> 一个股票交易系统的后台，为了能快速查找各种股票代码的Tick，会计算其哈希值，然后存贮在哈希表里面。一个好的哈希函数应该能实现很好地分布性，减少冲突。这里选取了几种常用的字符串哈希，包括BKDRHash，APHash，JSHash，RSHash，SDBMHash，PJWHash，ELFHash和DJBHash，通过在不同的字符串集合测试，来测试其性能。

# 各种常用算法 #

## 一、BKDRHash ##

BKDRHash是Kernighan和Dennis在《The C programming language》中提出的。这个算法的常数131是如何选取的，尚未可知，有知情者可以留言。

public static int bkdrhash(String str) {
          final int seed = 131;
    
          int hash = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = hash * seed + (int)str.charAt(i);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 二、APHash ##

Arash Partow提出了这个算法，声称具有很好地分布性。

public static int aphash(String str) {
          int hash = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             if ((i & 1) == 0) {
                hash ^= (hash << 7) ^ (str.charAt(i)) ^ (hash >> 3);
             } else {
                hash ^= ~((hash << 11) ^ (str.charAt(i)) ^ (hash >> 5));
             }
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 三、JSHash ##

Justin Sobel提出的基于位的函数函数。

public static int jshash(String str) {
          int hash = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash ^= (hash << 5) + (int)str.charAt(i) + (hash >> 2);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 四、RSHash ##

其作者是Robert Sedgwicks。实现如下：

public static int rshash(String str) {
          int hash = 0;
    
          int a = 63689;
          final int b = 378551;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = hash * a + (int)str.charAt(i);
             a *= b;
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 五、SDBMHash ##

SDBM项目使用的哈希函数，声称对所有的数据集有很好地分布性。

public static int sdbmhash(String str) {
          int hash = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = (int)str.charAt(i) + (hash << 6) + (hash << 16) - hash;
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 六、PJWHash ##

Peter J. Weinberger在其编译器著作中提出的。

public static int pjwhash(String str) {
           int BitsInUnignedInt = 32;
           int ThreeQuarters    = 24;
           int OneEighth        = 4;
           int HighBits         = (int)(0xFFFFFFFF) << (BitsInUnignedInt - OneEighth);
           int hash             = 0;
           int test             = 0;
    
           for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
               hash = (hash << OneEighth) + (int)str.charAt(i);
               if ((test = hash & HighBits) != 0)
               {
                   hash = ((hash ^ (test >> ThreeQuarters)) & (~HighBits));
               }
           }
    
           return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 七、ELFHash ##

Unix系统上面广泛使用的哈希函数。

public static int elfhash(String str) {
          int hash = 0;
          int x = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = (hash << 4) + (int)str.charAt(i);
    
             if ((x & hash & 0xF0000000L) != 0) {
                hash ^= x >> 24;
                hash &= ~x;
             }
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 八、DJBHash ##

Daniel J. Bernstein在comp.lang.c邮件列表中发表的，是距今为止比较高效的哈希函数之一。

public static int djbhash(String str) {
          int hash = 5381;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash += (hash << 5) + (int)str.charAt(i);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 九、DEKHash ##

Donald E. Knuth在《计算机程序设计的艺术》中提出的哈希函数。

public static int dekhash(String str) {
          int hash = str.length();
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = (hash << 5) ^ (hash >> 27) ^ (int)str.charAt(i);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 十、BPHash ##

public static int bphash(String str) {
          int hash = str.length();
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = (hash << 7) ^ (int)str.charAt(i);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 十一、FNVHash ##

public static int fnvhash(String str) {
          int fnvprime = 0x811C9DC5;
          int hash = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash *= fnvprime;
             hash ^= (int)str.charAt(i);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

## 十二、Java String Hashcode ##

这是Java的字符串类的Hash算法，简单实用高效。直接从JDK6里面拿出来的代码：

public static int javahash(String str) {
          int hash = 0;
    
          for (int i = 0; i < str.length(); i++) {
             hash = hash * 31 + (int)str.charAt(i);
          }
    
          return hash & 0x7FFFFFFF;
       }

**实验统计**

使用网上提供的一份英语单词文件：[http://www.cs.duke.edu/~ola/ap/linuxwords][http_www.cs.duke.edu_ola_ap_linuxwords],共45402个单词,分别比较上面每一个算法在哈希表长度为100,1000和10000时的最大冲突数，理论上平均为455,46和5。结果如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>算法</th> 
   <th align="center">长度100的哈希</th> 
   <th align="right">长度1000的哈希</th> 
   <th>长度10000的哈希</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>bkdrhash</td> 
   <td align="center">509</td> 
   <td align="right">72</td> 
   <td>14</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>aphash</td> 
   <td align="center">519</td> 
   <td align="right">72</td> 
   <td>15</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>jshash</td> 
   <td align="center">494</td> 
   <td align="right">66</td> 
   <td>15</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>rshash</td> 
   <td align="center">505</td> 
   <td align="right">74</td> 
   <td>15</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sdbmhash</td> 
   <td align="center">518</td> 
   <td align="right">67</td> 
   <td>15</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pjwhash</td> 
   <td align="center">756</td> 
   <td align="right">131</td> 
   <td>34</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>elfhash</td> 
   <td align="center">801</td> 
   <td align="right">158</td> 
   <td>91</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>djbhash</td> 
   <td align="center">512</td> 
   <td align="right">64</td> 
   <td>17</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>dekhash</td> 
   <td align="center">536</td> 
   <td align="right">75</td> 
   <td>22</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bphash</td> 
   <td align="center">1391</td> 
   <td align="right">696</td> 
   <td>690</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>fnvhash</td> 
   <td align="center">516</td> 
   <td align="right">65</td> 
   <td>14</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>javahash</td> 
   <td align="center">523</td> 
   <td align="right">69</td> 
   <td>16</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**结论**

从上面的统计数据可以看出对英文单词集而言，jshash,djbhash和fnvhash都有很好地分散性。在开始实现股票交易系统前，可以先获取一份比较全面的股票代码，详细比较各种算法的性能，从而可以获得对系统性能的一个估计。

原文地址：[https://blog.csdn.net/alburthoffman/article/details/19641123][https_blog.csdn.net_alburthoffman_article_details_19641123]

[http_www.cs.duke.edu_ola_ap_linuxwords]: http://www.cs.duke.edu/~ola/ap/linuxwords
[https_blog.csdn.net_alburthoffman_article_details_19641123]: https://blog.csdn.net/alburthoffman/article/details/19641123