CityHash介紹及其應用

一、什麼是CityHash

CityHash是一種非常快速且高效的哈希算法，由Google開發並公開發表。它主要用於生成哈希值，並且被應用於許多Google服務中，例如Bigtable，MapReduce等。它還能夠生成固定長度的哈希值以及可變長度的哈希值。

與許多其他哈希算法相比，CityHash具有更高的哈希性能和更低的衝突率。當前版本CityHash的哈希函數基於CityHash64函數。

二、CityHash性能分析

相對於其他哈希算法，CityHash具有更高的哈希性能。下面是對CityHash性能的分析：

1、比較快：CityHash在哈希過程中使用了SIMD指令集，可以並行處理數據。通過這種方式，可以極大地提高哈希函數的速度。

2、分佈式：CityHash分別對輸入數據的每個32位元組塊計算哈希值，並將每個塊的哈希值相互作用形成最終的哈希值。由於各塊之間相互獨立，因此可以輕鬆地將CityHash應用於分佈式系統中。

3、可靠性高：CityHash對哈希衝突的處理非常高效，可以在3倍以上的數據數下保持較低的衝突率。這使得CityHash在處理敏感數據時非常有用。

三、CityHash用法詳解

1、CityHash64函數

CityHash64是一種非常快速的哈希函數，並且可以提供強大的哈希值。以下是CityHash64函數的代碼示例：

#include "city.h"
#include <string.h>

uint64_t hash_val = CityHash64("hello world", 11);

通過調用CityHash64函數，可以得到字符串「hello world」的哈希值，該字符串的長度為11位元組。

2、CityHash128函數

CityHash128是在CityHash64的基礎之上進行拓展的函數，可以生成長128位的哈希值。以下是CityHash128函數的代碼示例：

#include "city.h"
#include <string.h>

uint128_t hash_val = CityHash128("hello world", 11);

通過調用CityHash128函數，可以得到字符串「hello world」的128位哈希值，該字符串的長度為11位元組。

3、CityHashCrc256函數

CityHashCrc256是在CityHash128的基礎之上進行拓展的函數，可以生成長256位的哈希值。以下是CityHashCrc256函數的代碼示例：

#include "city.h"
#include <string.h>

unsigned char hash_val[32];
CityHashCrc256("hello world", 11, hash_val);

與CityHash64和CityHash128不同，在調用CityHashCrc256函數時，需要為函數分配足夠的空間以存儲256位哈希值。

四、CityHash原理分析

1、哈希函數設計原理

CityHash基於多種哈希技術的結合設計而成。它使用了哈希函數的三個部分：壓縮函數，哈希處理和加速哈希。

2、哈希函數實現原理

CityHash使用了一個迭代哈希函數，每個32位元組的塊都會產生一個哈希結果。在將32位元組的塊送入哈希函數之前，CityHash使用了一個已知的種子來初始化State。State是一個8位元組的結構體，用於存儲哈希函數每次哈希計算的狀態。

struct State {
  uint64_t h;
  uint64_t a;
  uint64_t b;
  uint64_t c;
};

每次迭代時，CityHash使用4個偽隨機數：k0，k1，k2和k3，與輸入數據進行交互，並返回新的狀態值。另一個重要的特徵是：無需使用大量內存來存儲大量數據。為此，CityHash使用了一個簡單的技巧，就是將輸入數據放入堆棧中，並使用棧幀來跟蹤變量。

五、小結

本文詳細介紹了一種非常快速和高效的哈希算法——CityHash。我們分析了CityHash作為哈希算法的性能，並深入探討了它的各種用法及其背後的原理。如果您需要一種快速且可靠的哈希算法來應對您的編程工作，CityHash是一個非常好的選擇。