可扩展散列

可扩展散列（extendible hashing），又称动态哈希表（dynamic hashing），是一种应用于数据库管理系统中的动态方法。它是散列的变种，通常用于动态增长的文件或记录集合。可扩展散列的优势在于，它可以自动适应数据集合的大小，从而减少存储空间的浪费，同时还可以快速进行数据查找操作。

哈希表的构成和寻址

哈希表（hash table）是一种通过哈希函数将数据映射到桶（bucket）中进行存储和访问的数据结构。在哈希表中，每个桶包含一个或多个数据项。在进行查找操作时，系统首先将需要查询的数据项经过哈希函数计算得到的哈希值，映射到对应的桶中，然后在桶中进行查找。

要访问哈希表中的数据项，需要指定其键（key）值，键值通过哈希函数转换成桶号进行寻址，最后查找数据项。

可扩展散列的原理与实现

可扩展散列通过对哈希表进行重组来实现动态增长。当哈希表需要扩大时，可扩展散列通过增加桶的数量来实现，同时，为了确保查询速度不降低，系统还需要重新计算哈希值，并将数据项从旧的桶中转移到新的桶中。可扩展散列的一个重要设计目的是使哈希表尽量少地被重组。

可扩展散列的核心思想是将哈希表中的桶划分成多层。每个桶可以分成两部分：一部分称为全局桶（global bucket），另一部分称为本地桶（local bucket）。全局桶中存放个数不足 $2^i$ 个数据项的桶，本地桶中存放个数不少于 $2^{i-1}$ 个数据项的桶。（其中，i 是当前哈希表中全局桶最大的尺寸）。

通过这种方式，可扩展散列在需要扩展时可以通过添加全新的桶来扩大哈希表的规模，而无需对原有的桶进行任何更改。同时，在查询数据项时，系统可以遍历哈希表中的所有全局桶，并计算出相应的哈希值，从而找到需要的数据项。

可扩展散列的优缺点

优点：

• 随着存储数据的增多，可扩展散列能够动态扩展哈希表，使哈希表保持高效的查询速度。
• 可扩展散列减少了存储空间的浪费，因为它只扩展必要的部分，而不是对整个哈希表进行重构。

缺点：

• 可扩展散列在扩展哈希表大小时需要进行大量的数据转移和处理，这会导致系统中断，并影响系统性能。
• 可扩展散列在桶大小较小时，性能可能较差，这是因为桶的尺寸和哈希函数的质量的关系。

总结

可扩展散列是一种动态哈希表，可以自动适应数据集合的增长。它是数据库管理系统中的一种重要技术，可以提高查询速度和存储效率。在使用可扩展散列时，我们需要注意它的优点和缺点，并根据应用场景合理使用。