散列表的应用之一——缓存

应用案例:缓存。如果你在网站工作,可能听说过进行缓存是一种不错的做法。下面简要地介绍其中的原理。假设你访问网站facebook.com。
(1)你向Facebook的服务器发出请求。
(2)服务器做些处理,生成一个网页并将其发送给你。
(3)你获得一个网页。 

例如,Facebook的服务器可能搜集你朋友的最近活动,以便向你显示这些信息,这需要几秒钟的时间。作为用户的你,可能感觉这几秒钟很久,进而可能认为Facebook怎么这么慢!另一方 Facebook的服务器必须为数以百万的用户提供服务,每个人的几秒钟累积起来就相当多了。
面,
少做些工作,从而提高Facebook网站的访问速度呢?为服务好所有用户,Facebook的服务器实际上在很努 地工作。有没有办法让Facebook的服务器
假设你有个侄女,总是没完没了地问你有关星球的问题。火星离地球多远?月球呢?木星呢?每次你都得在Google搜索,再告诉她答案。这需要几分钟。现在假设她老问你月球离地球多远,快你就记住了月球离地球238900里。因此不必再去Google搜索,你就可以直接告诉她答案。这就是缓存的工作原理:网站将数据记住,而不再重新计算。
如果你登录了Facebook,你看到的所有内容是为你定制的。你每次访问facebook.com,其服务器都需考虑你感兴趣的是什么内容。但如果你没有登录,看到的将是登录页面。每个人看到的登录页面都相同。Facebook被反复要求做同样的事情:“当我注销时,请向我显示主页。”有鉴于此,它不让服务器去生成主页,而是将主页存储起来,并在需要时将其直接发送给用户。

这就是缓存,具有如下两个优点。
口用户能够更快地看到网页,就像你记住了月球与地球之间的距离时一样。下次你侄女再问你时,你就不用再使用Google搜索,立刻就可以告诉她答案。口Facebook需要做的工作更少。
缓存是一种常用的加速方式,所 大型网站都使用缓存,而缓存的数据则存储在散列表中! Facebook不仅缓存主页,还缓存About页面、Contact页面、Terms and Conditions页面等众多其他的页面。因此,它需要将页面URL映射到页面数据。

代码实现如下

cache = ()
def get_page(url):
if cache.get(url):
return cache[url]   //返回缓存的数据
else:
data = get_data_from_server(url)
cache[url] = data   //先将数据保存在缓存中
return data

### Python 中散列表的实现与使用 Python 的核心数据结构之一——字典(`dict`),其底层基于散列表(Hash Table)实现。以下是关于 Python 散列表的实现原理及其使用的详细介绍。 #### 1. 散列表的基本概念 散列表是一种通过哈希函数将键映射到特定索引位置的数据结构[^2]。理想情况下,每个键都能被均匀分布到不同的桶中,从而使得查找、插入和删除操作的时间复杂度接近 O(1)[^3]。然而,在实际应用中,由于可能存在多个键映射到相同的桶(即发生冲突),因此需要设计合理的解决策略。 #### 2. Python 字典的内部实现 在 CPython 实现中,字典由一系列 `PyDictEntry` 结构体组成,每个条目包含三个字段:缓存的键哈希值 (`me_hash`)、指向键的对象指针 (`me_key`) 和指向值的对象指针 (`me_value`)[^1]。具体如下: ```c typedef struct { long me_hash; /* 缓存的键哈希值 */ PyObject *me_key; /* 键对象 */ PyObject *me_value; /* 值对象 */ } PyDictEntry; ``` CPython 使用开放寻址法 (Open Addressing) 处理冲突,这意味着如果某个桶已经被占用,则会寻找下一个可用的位置。为了提高性能,CPython 还引入了一些优化措施,例如动态调整表大小以及预分配额外空间以减少重新分配频率[^1]。 #### 3. 散列表的操作方法 尽管开发者通常无需关心底层细节即可高效地使用字典,但理解其实现有助于更好地利用该数据结构。下面列举了几种常见的字典操作及其特点: - **创建字典** 可以通过花括号 `{}` 或者 `dict()` 构造器来初始化一个新字典。 ```python my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25} another_dict = dict(name='Bob', age=30) ``` - **访问元素** 利用方括号语法获取指定键对应的值;若不存在则抛出 KeyError 异常。也可以配合 get 方法设置默认返回值。 ```python value = my_dict['name'] # 返回 Alice default_val = my_dict.get('height', 0) # 若无 height 键,默认返回 0 ``` - **修改与新增** 同样采用赋值语句完成更新已有项或者添加新的 key-value 对象。 ```python my_dict['age'] += 1 # 将年龄加一 my_dict['city'] = 'New York' # 新增城市信息 ``` - **删除操作** 支持 del 关键字直接移除某一项,pop 方法允许同时取出并销毁目标实体,clear 函数清空整个容器内容。 ```python del my_dict['age'] removed_item = my_dict.pop('city') my_dict.clear() ``` #### 4. 时间复杂度分析 理论上讲,得益于优秀的哈希算法设计加上恰当的扩容机制保障了绝大多数场景下单步查询效率维持恒定级别 O(1)[^3]。不过一旦遇到极端情况比如大量重复模式输入导致频繁重组等情况时,最差情形下仍需线性扫描全量项目才能定位所需资源,此时退化至 O(n) 层面[^3]。 ---
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