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哈希表扩容怎么处理新插入的值？Swift 是怎么做的？

news 2025/5/10 9:16:59

哈希表是一种非常高效的数据结构，常用于实现 Dictionary（字典）或者 Set（集合）等功能。它的最大优点就是查找、插入和删除操作都非常快，大多数情况下时间复杂度可以做到 O(1)。

不过，随着存入的数据越来越多，哈希表也可能遇到“哈希冲突”越来越严重的问题。这时候，就需要“扩容”了，也就是创建一个更大的哈希表，把旧数据迁移过去。

很多人可能会疑惑：那如果扩容的时候，还有新的数据要插入怎么办？

别急，我们这就来详细讲讲这件事，顺便看看 Swift 是怎么做的。

哈希表里的“桶”是什么？

在讲扩容前，先搞清楚一个关键概念：桶（bucket）。

哈希表的底层可以理解为一个“数组”，数组里的每一格我们就叫它一个桶。当我们往哈希表插入一个值时，系统会根据这个值的 key 算出一个哈希值，然后再根据哈希值决定把它放进哪一个桶里。

比如你有一个容量为 8 的哈希表，key 的哈希值是 17，那么 17 % 8 = 1，就把数据放到编号为 1 的桶里。

为什么要扩容？

如果桶的数量太少，而数据太多，很多值就会被分配到同一个桶里，形成“哈希冲突”。这样每次查找的时候，可能就得在这个桶里的所有值里慢慢找，效率就下来了。

为了避免这种情况，一般会在负载因子（数据量 / 桶的数量）超过某个阈值（通常是 0.75）时触发扩容。

扩容的时候怎么插入新值？3 种常见方法

扩容是必须的，但问题来了：如果在扩容的过程中，又有新的值要插入怎么办？

这里有三种常见的处理方式：

方法一：等扩容完再插入

这就像是“暂停营业”——扩容期间先不接新单，新值暂时放一边，等扩容完成后再插入。

优点：简单，容易实现。

缺点：用户插入数据要等扩容完成，响应时间变长，影响体验。

方法二：扩容和插入同时进行（并发）

这个思路是让插入操作照常进行，扩容也在后台同步进行。

怎么处理新值？

如果新值对应的桶已经迁移到新哈希表，就直接插入新表；
如果还没迁移，就暂时插在旧表里，等那个桶被迁移的时候一并带走。

优点：不用等，性能更好。

缺点：实现难度大，要确保线程安全，数据一致性更难处理。

方法三：渐进式扩容（Swift 采用的）

这是 Swift 使用的策略，也是很多现代语言的做法。

简单说：扩容这件事不一次干完，而是“分几次慢慢做”。

具体流程是这样：

发现需要扩容后，创建一个容量更大的新表（一般是原来的 2 倍）；
不立刻迁移所有数据，而是每次插入、删除、查找时，顺手迁移一部分旧数据；
随着越来越多的操作，旧表里的桶就会逐步搬到新表里；
最后旧表搬空，就正式使用新表。

优点：

每次操作的开销小；
不会因为一次扩容造成“卡顿”；
插入、删除、查找照常进行，用户感知不到扩容过程。

缺点：

实现上要维护两张表，稍复杂一些；
扩容完成需要更多操作次数。

看个例子：Python 版渐进式扩容（简化版）

class HashTable:def __init__(self, capacity=8):self.capacity = capacityself.size = 0self.buckets = [[] for _ in range(capacity)]self.is_resizing = Falseself.new_buckets = Noneself.next_index = 0def insert(self, key, value):if not self.is_resizing and self.size / self.capacity > 0.75:self.start_resize()if self.is_resizing:self.migrate_step()hash_idx = hash(key) % self.capacityif self.is_resizing and hash_idx < self.next_index:new_hash_idx = hash(key) % (self.capacity * 2)self.new_buckets[new_hash_idx].append((key, value))else:self.buckets[hash_idx].append((key, value))self.size += 1def start_resize(self):self.is_resizing = Trueself.new_buckets = [[] for _ in range(self.capacity * 2)]self.next_index = 0def migrate_step(self):if self.next_index < self.capacity:bucket = self.buckets[self.next_index]for key, value in bucket:new_hash_idx = hash(key) % (self.capacity * 2)self.new_buckets[new_hash_idx].append((key, value))self.next_index += 1if self.next_index == self.capacity:self.buckets = self.new_bucketsself.capacity *= 2self.is_resizing = Falseself.new_buckets = Noneself.next_index = 0

Swift 的实现也是渐进式扩容！

Swift 中的 Dictionary 和 Set 类型就是基于哈希表的，它们采用的就是渐进式扩容策略。

从 Swift 的源码中也可以看出它的逻辑：

internal mutating func ensureUniqueCapacity(forGrowth: Bool) {if forGrowth, loadFactor > HashTable.maximumLoadFactor {rehash(using: HashTable(capacity: capacityAfterGrowth))}
}internal mutating func rehash(using newTable: HashTable) {let oldTable = _variant.table_variant = .table(newTable)_incrementalRehashState = IncrementalRehashState(oldTable: oldTable,oldCapacity: oldTable.capacity)
}

可以看到：