Introduzione alla funzione hash in Java
Poiché sappiamo che Java è un linguaggio orientato agli oggetti, pertanto, dovrebbe esistere un meccanismo per descrivere lo stato di un oggetto, indipendentemente dalla dimensione di un oggetto. La funzione di hashing in Java è nata per soddisfare questo requisito.
Che cos'è una funzione hash?
Una funzione hash può essere definita come una funzione che restituisce un valore intero corrispondente a un oggetto. La funzione hash restituisce sempre lo stesso valore intero per lo stesso oggetto. Il valore intero restituito dalla funzione hash è chiamato valore hash. Di seguito sono riportati i punti importanti relativi alla funzione Hash:
- Restituisce sempre un numero intero (4 byte) per un oggetto.
- Non possiamo calcolare lo stato dell'oggetto dal valore hash che è che le funzioni hash sono di natura irreversibile.
- Due oggetti uguali avranno lo stesso valore di hash.
- Due oggetti diversi non hanno sempre valori Hash diversi.
Applicazioni della funzione hash
Ecco le applicazioni comuni delle funzioni hash:
1. Strutture di dati
Quasi ogni linguaggio di programmazione contiene strutture di dati basate su hash. Ad esempio, java contiene una tabella Hash, una mappa hash, un set hash, strutture ad albero che si basano sulla funzione hash. La base di queste strutture di dati è la progettazione di valori-chiave in cui ogni chiave è unica, mentre lo stesso valore può esistere per più chiavi.
2. Digest del messaggio
Questo algoritmo viene utilizzato in un controllo di integrità dei dati. Questo algoritmo accetta un messaggio di qualsiasi lunghezza come input e produce dati di lunghezza fissa (128 bit) come output. Esempi di algoritmi di digest dei messaggi includono MD2, MD4, MD5 e MD6.
3. Algoritmo hash sicuro
Questo algoritmo viene utilizzato per la sicurezza dei dati e viene utilizzato in applicazioni e protocolli come Secure Socket Layer (SSL). SHA-0, SHA-1, SHA-2 e SHA-3 sono categorie comuni dell'algoritmo di hash sicuro.
4. Verifica e archiviazione della password
Consideriamo uno scenario di accesso in cui quando viene immessa una password per autenticare un utente, viene calcolato un valore hash della password inserita e inviato sulla rete al server in cui è memorizzato l'hash dell'originale. Questo viene fatto per garantire che non venga eseguito lo sniffing quando viene inviata una password dal client al server.
5. Funzionamento del compilatore
Poiché in un linguaggio di programmazione vengono utilizzate parole chiave diverse, al fine di distinguere tra parole chiave e identificatori, il compilatore utilizza un set di hash implementato utilizzando una tabella hash per memorizzare tutte queste parole chiave e identificatori.
6. Algoritmo di Rabin-Karp
È un algoritmo di ricerca che utilizza l'hash per cercare uno o più pattern in una determinata stringa. È uno degli algoritmi più comunemente usati.
7. Interfacce comparabili e comparative
Queste interfacce contengono funzioni utilizzate per confrontare due oggetti alla volta. Il valore di ritorno di queste funzioni può essere negativo, zero o positivo in base al fatto che un determinato oggetto sia minore, uguale o maggiore dell'oggetto a cui stiamo confrontando. Comparatore interno e interfacce comparabili usano una funzione hash per confrontare gli oggetti tra loro.
8. Coda prioritaria
La coda di priorità è diversa dalla coda normale che segue l'ordine FIFO (First in First out). In priorità gli elementi della coda sono disposti in ordine personalizzato in base alla loro priorità, che viene implementata internamente usando comparabili e comparatori quali stagisti si basano su funzioni hash.
Progettazione di funzioni hash
Ecco alcuni principi generali di progettazione per la creazione di funzioni hash:
- Una funzione hash deve essere valutata in modo efficiente.
- I valori di hash calcolati dalle funzioni di hash devono essere distribuiti uniformemente, questo aiuta a evitare le collisioni.
- Il linguaggio di programmazione Java fornisce una funzione di hashing generale con il metodo hashCode () nella superclasse Object.
public int hashCode ()(
//Logic goes here
)
Hash Collision in Java
Una collisione hash si verifica quando due o più oggetti restituiscono lo stesso valore hash. Facciamo un esempio di una mappa hash Java che memorizza i dati in coppie chiave-valore. Quando inseriamo un oggetto in una mappa di hash, viene calcolato il valore di hash della chiave e sulla base di questa posizione del bucket del valore di hash per trovare l'oggetto valore. Gli oggetti con valori di hash diversi devono andare in secchi diversi. Quando due o più oggetti hanno lo stesso valore hash, vengono archiviati nella stessa posizione bucket utilizzando una struttura dati aggiuntiva denominata elenco collegato. Tutti gli oggetti con lo stesso valore di hash vengono concatenati utilizzando un elenco collegato. Questo meccanismo si chiama concatenamento. Di seguito sono riportati i modi per gestire le collisioni è una funzione hash:
- Concatenamento: come già illustrato, l'idea alla base del concatenamento è quella di creare un elenco collegato di oggetti con lo stesso valore di hash. Il concatenamento è una tecnica semplice ma richiede un sovraccarico di memoria aggiuntivo.
- Indirizzamento aperto: in questa tecnica, tutti gli elementi sono memorizzati in una tabella hash in cui ogni voce contiene un record o NULL. Quando viene cercato un elemento, ogni voce nella tabella hash viene cercata per il record desiderato fino a quando non viene trovato il record richiesto o si è concluso che il record non esiste nella tabella.
Vantaggi dell'hashing
Di seguito sono riportati i vantaggi dell'hashing:
- Confronta i contenuti di due file in modo semplice ed efficiente, senza aprirli.
- Le funzioni hash vengono utilizzate per verificare l'integrità di un file.
- Con l'aiuto dell'hash, l'operazione di ricerca nelle strutture di dati è diventata più veloce.
- Le funzioni hash svolgono un ruolo vitale nella sicurezza dei dati poiché la maggior parte degli algoritmi e dei protocolli di sicurezza fanno uso dell'hash.
- L'hashing converte i dati in un valore o chiave a lunghezza fissa più breve che rappresenta la stringa originale che può essere inviata sulla rete.
Svantaggi dell'hashing
Oltre ai vantaggi, ci sono anche alcune limitazioni dell'hash:
- L'hashing non può essere implementato per ordinare i dati.
- La collisione di hash non può essere praticamente evitata, il che a sua volta porta all'inefficienza.
Articoli consigliati
Questa è una guida alla funzione hash in Java. Qui discutiamo le applicazioni della funzione hash insieme a vantaggi e svantaggi. Puoi anche consultare i seguenti articoli per saperne di più -
- Dichiarazione e inizializzazione di VB.Net
- Programma Java che mostra HashMap e TreeMap
- Tipi di hash nel DBMS
- Tecniche di steganografia
- Matrici nella programmazione Java
- Hashmap in Java