一、什么是CityHash

CityHash是一种非常快速且高效的哈希算法，由Google开发并公开发表。它主要用于生成哈希值，并且被应用于许多Google服务中，例如Bigtable，MapReduce等。它还能够生成固定长度的哈希值以及可变长度的哈希值。与许多其他哈希算法相比，CityHash具有更高的哈希性能和更低的冲突率。当前版本CityHash的哈希函数基于CityHash64函数。

二、CityHash性能分析

相对于其他哈希算法，CityHash具有更高的哈希性能。下面是对CityHash性能的分析：

比较快：CityHash在哈希过程中使用了SIMD指令集，可以并行处理数据。通过这种方式，可以极大地提高哈希函数的速度。
分布式：CityHash分别对输入数据的每个32字节块计算哈希值，并将每个块的哈希值相互作用形成最终的哈希值。由于各块之间相互独立，因此可以轻松地将CityHash应用于分布式系统中。
可靠性高：CityHash对哈希冲突的处理非常高效，可以在3倍以上的数据数下保持较低的冲突率。这使得CityHash在处理敏感数据时非常有用。

三、CityHash用法详解

1、CityHash64函数

CityHash64是一种非常快速的哈希函数，并且可以提供强大的哈希值。以下是CityHash64函数的代码示例：

#include "city.h"
#include <string.h>
uint64_t hash_val = CityHash64("hello world", 11);

通过调用CityHash64函数，可以得到字符串“hello world”的哈希值，该字符串的长度为11字节。

2、CityHash128函数

CityHash128是在CityHash64的基础之上进行拓展的函数，可以生成长128位的哈希值。以下是CityHash128函数的代码示例：

#include "city.h"
#include <string.h>
uint128_t hash_val = CityHash128("hello world", 11);

通过调用CityHash128函数，可以得到字符串“hello world”的128位哈希值，该字符串的长度为11字节。

3、CityHashCrc256函数

CityHashCrc256是在CityHash128的基础之上进行拓展的函数，可以生成长256位的哈希值。以下是CityHashCrc256函数的代码示例：

#include "city.h"
#include <string.h>
unsigned char hash_val[32];
CityHashCrc256("hello world", 11, hash_val);

与CityHash64和CityHash128不同，在调用CityHashCrc256函数时，需要为函数分配足够的空间以存储256位哈希值。

四、CityHash原理分析

1、哈希函数设计原理

CityHash基于多种哈希技术的结合设计而成。它使用了哈希函数的三个部分：压缩函数，哈希处理和加速哈希。

2、哈希函数实现原理

CityHash使用了一个迭代哈希函数，每个32字节的块都会产生一个哈希结果。在将32字节的块送入哈希函数之前，CityHash使用了一个已知的种子来初始化State。State是一个8字节的结构体，用于存储哈希函数每次哈希计算的状态。

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

每次迭代时，CityHash使用了一个4个伪随机数：k0，k1，k2和k3，与输入数据进行交互，并返回新的状态值。另一个重要的特征是：无需使用大量内存来存储大量数据。为此，CityHash使用了一个简单的技巧，就是将输入数据放入堆栈中，并使用栈帧来跟踪变量。

五、小结

本文详细介绍了一种非常快速和高效的哈希算法——CityHash。我们分析了CityHash作为哈希算法的性能，并深入探讨了它的各种用法及其背后的原理。如果您需要一种快速且可靠的哈希算法来应对您的编程工作，CityHash是一个非常好的选择。

CityHash介绍及其应用