詳解Java中的HashTable

更新時(shí)間：2020年12月04日 10:16:50 作者：柯廣

這篇文章主要介紹了Java中的HashTable的相關(guān)資料，幫助大家更好的理解和使用Java，感興趣的朋友可以了解下

概論

HashTable是遺留類，很多映射的常用功能與HashMap類似，不同的是它承自Dictionary類，并且是線程安全的，并發(fā)性不如ConcurrentHashMap，因?yàn)镃oncurrentHashMap引入了分段鎖。

Hashtable不建議在新代碼中使用，不需要線程安全的場合可以用HashMap替換，需要線程安全的場合可以用ConcurrentHashMap替換。

對(duì)比HashMap 的初始容量

默認(rèn)11 的初始容量
需要注意的是Hashtable的默認(rèn)初始容量大小是11，而HashMap 是16,但是他們的加載因子都是0.75f

  /**
   * Constructs a new, empty hashtable with a default initial capacity (11)
   * and load factor (0.75).
   */
  public Hashtable() {
    this(11, 0.75f);
  }

/**
 * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
 * (16) and the default load factor (0.75).
 */
public HashMap() {
  this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}

任意指定非負(fù)的容量
還有一點(diǎn)就是Hashtable的initialCapacity 也就是初始容量是是可以是你指定的任何非負(fù)整數(shù)，也就是你給它設(shè)置個(gè)0 也可以的

public Hashtable(int initialCapacity) {
  this(initialCapacity, 0.75f);
}

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
  if (initialCapacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                      initialCapacity);
  if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
    throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
    
  if (initialCapacity==0)
    initialCapacity = 1;
  this.loadFactor = loadFactor;
  table = new Entry<?,?>[initialCapacity];
  threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}

但是你看一下HashMap 的初始容量就不那么聽話了，默認(rèn)情況下，當(dāng)我們?cè)O(shè)置HashMap的初始化容量時(shí)，實(shí)際上HashMap會(huì)采用第一個(gè)大于該數(shù)值的2的冪作為初始化容量(0 1 除外)

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
  if (initialCapacity < 0)
    throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " + initialCapacity);
  if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
    initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
  if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
    throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " + loadFactor);
  this.loadFactor = loadFactor;
  this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}

對(duì)比HashMap 的對(duì)null 值的支持

HashTable key value 都不支持null
首先HashMap 是支持null 值做key和value 的，但是HashTable 是不支持的，key 也不支持 value 也不支持

public synchronized V put(K key, V value) {
  // Make sure the value is not null
  if (value == null) {
    throw new NullPointerException();
  }

  // Makes sure the key is not already in the hashtable.
  Entry<?,?> tab[] = table;
  int hash = key.hashCode();
  int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  @SuppressWarnings("unchecked")
  Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
  for(; entry != null ; entry = entry.next) {
    if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
      V old = entry.value;
      entry.value = value;
      return old;
    }
  }
  addEntry(hash, key, value, index);
  return null;
}

聰明的你們發(fā)現(xiàn)了嗎，上面值檢測(cè)了value ==null 則拋出NPE 但是沒有說key 啊，因?yàn)槿绻鹝ey 是null 的話，key.hashCode()則會(huì)拋出異常，根本不需要判斷，但是value 就不會(huì)拋出來

但是需要注意的實(shí)HashMap 對(duì)null 值雖然支持，但是可以從hash值的計(jì)算方法中看出，<null,value>的鍵值對(duì)，value 會(huì)覆蓋的。

static final int hash(Object key) {
  int h;
  return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

升級(jí)HashTable 使其支持null 做value
大部分代碼都是直接copy 的HashTable，只去掉了value 的空值檢測(cè)

public class BuerHashTable<K, V> extends Hashtable<K, V> {
		// ..... 省略了部分代碼，直接copy HashTable 的即可，主要是BuerHashTable.Entry 的定義和構(gòu)造方法
  public synchronized V put(K key, V value) {

    // Makes sure the key is not already in the hashtable.
    Entry<?,?> tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
    for(; entry != null ; entry = entry.next) {
      if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
        V old = entry.value;
        entry.value = value;
        return old;
      }
    }

    addEntry(hash, key, value, index);
    return null;
  }
  private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
    modCount++;

    BuerHashTable.Entry<?,?> tab[] = table;
    if (count >= threshold) {
      // Rehash the table if the threshold is exceeded
      rehash();

      tab = table;
      hash = key.hashCode();
      index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    }

    // Creates the new entry.
    @SuppressWarnings("unchecked")
    BuerHashTable.Entry<K,V> e = (BuerHashTable.Entry<K,V>) tab[index];
    tab[index] = new BuerHashTable.Entry<>(hash, key, value, e);
    count++;
  }
}

接下來，就可以將null 值作為value 存入BuerHashTable 了

BuerHashTable<String, String> buerHashTable = new BuerHashTable<>();
buerHashTable.put("a", null);

對(duì)比 HashTable 的繼承關(guān)系

Dictionary

這個(gè)類是HashTable特有繼承的，HashMap 是沒有繼承的，但是這個(gè)抽象類其實(shí)是沒有多大意義的,因?yàn)樗姆椒ǘ荚贛ap接口中有，其實(shí)這個(gè)就是個(gè)歷史問題了，因?yàn)镸ap接口是在Java1.2 中才加進(jìn)去的，而Dictionary抽象類在Java1.0中就存在了

public abstract
class Dictionary<K,V> {
  public Dictionary() {
  }
  abstract public int size();
  abstract public boolean isEmpty();
  abstract public Enumeration<K> keys();
  abstract public Enumeration<V> elements();
  abstract public V get(Object key);
  /**
   * @exception NullPointerException if the <code>key</code> or
   */
  abstract public V put(K key, V value);
  abstract public V remove(Object key);
}

這個(gè)地方的NullPointerException 對(duì)應(yīng)的就是HashTable 中put 方法中的null 值檢測(cè)

最后一點(diǎn)就是Dictionary 抽象類上的注釋，新的實(shí)現(xiàn)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)Map 接口而不是該抽象類

NOTE: This class is obsolete. New implementations should implement the Map interface, rather than extending this class

其實(shí)HashMap更準(zhǔn)確地說是繼承自AbstractMap類，而不是直接實(shí)現(xiàn)了Map 接口，所以要是Dictionary這個(gè)抽象類要是實(shí)現(xiàn)的實(shí)Map 接口，那HashMap和Hashtable 就在繼承關(guān)系上保持一致了

Hashtable

線程安全

其實(shí)HashTable 沒有那么多要說的，比較重要的一點(diǎn)就是線程安全，但是這個(gè)線程安全的實(shí)現(xiàn)方式就是所有的操作都加了synchronized關(guān)鍵字，哈哈！關(guān)于synchronized 我們后面會(huì)說

public synchronized int size() {}
public synchronized boolean isEmpty() {}
public synchronized boolean contains(Object value) {}
public synchronized boolean containsKey(Object key) {}
public synchronized V get(Object key) {}
public synchronized V put(K key, V value) {}
public synchronized V remove(Object key) {}

而HashMap 是線程不安全的

contains方法
HashMap中沒有Hashtable中的contains方法，只有containsValue和containsKey，因?yàn)閏ontains方法容易讓人引起誤解。

Hashtable則保留了contains，containsValue和containsKey三個(gè)方法，其中contains和containsValue功能相同。

debug 源碼 put 方法

public synchronized V put(K key, V value) {
  // Make sure the value is not null 確保value 不是null
  if (value == null) {
    throw new NullPointerException();
  }

  // Makes sure the key is not already in the hashtable.
  // 這里的英文注釋很有意思啊，就是告訴你確保key 不存在，存在咋地，覆蓋又咋地
  Entry<?,?> tab[] = table;
  // 哈希值的計(jì)算不同，HashTable直接使用對(duì)象的hashCode。而HashMap重新計(jì)算hash值(高16位異或低16位)
  int hash = key.hashCode();
  // 計(jì)算下標(biāo) HashMap 是計(jì)算key的hash再與tab.length-1進(jìn)行與運(yùn)算；
  // HashTable則是key的hash值與0x7FFFFFFF進(jìn)行與運(yùn)算，然后再對(duì)tab.length取模
  // 先hash&0x7FFFFFFF后，再對(duì)length取模，與0x7FFFFFFF的目的是為了將負(fù)的hash值轉(zhuǎn)化為正值，因?yàn)閔ash值有可能為負(fù)數(shù)，而&0x7FFFFFFF后，只有符號(hào)外改變，而后面的位都不變
  int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  @SuppressWarnings("unchecked")
  // 確定 index 位置上的鏈表頭，這里主要是遍歷鏈表找到key 值相等的節(jié)點(diǎn)，然后返回old value，這樣的話就不用添加新值
  // 也就是不用調(diào)用addEntry 方法
  Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
  // 存在key 
  for(; entry != null ; entry = entry.next) {
    if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
      V old = entry.value;
      entry.value = value;
      return old;
    }
  }
  // 鏈表中不存在，則添加新值
  addEntry(hash, key, value, index);
  // 返回null 
  return null;
}

private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
  modCount++;
  Entry<?,?> tab[] = table;
  // 判斷是否要擴(kuò)容
  if (count >= threshold) {
    // Rehash the table if the threshold is exceeded
    rehash();
    tab = table;
    hash = key.hashCode();
    index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  }
  // Creates the new entry.
  @SuppressWarnings("unchecked")
  Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
  // e 也就是 tab[index] 是這個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)， tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e); 也就是將元素添加到鏈表的頭部，e 做為new Entry<>(hash, key, value, e)的next 節(jié)點(diǎn)
  tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
  count++;
}

這里我們對(duì)比一下HashMap 的添加方法,很明顯別人都是添加的鏈表尾部的，因?yàn)镠ashTable 是線程安全的，在這個(gè)前提下，使用頭查法性能更好，否則還有遍歷到鏈表的尾部插入

for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
  if ((e = p.next) == null) {
    p.next = newNode(hash, key, value, null);
    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
      treeifyBin(tab, hash);
    break;
  }
  if (e.hash == hash &&
    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
    break;
  p = e;
}

最后我們?cè)倏匆幌聰U(kuò)容的方法

@SuppressWarnings("unchecked")
protected void rehash() {
  int oldCapacity = table.length;
  Entry<?,?>[] oldMap = table;

  // overflow-conscious code 
  // 擴(kuò)容成2倍+1
  int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
  // 這里判斷是否超出了容量限制
  if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
    if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
      // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
      return;
    // 最大容量 MAX_ARRAY_SIZE  
    newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
  }
  // 創(chuàng)建新的數(shù)組
  Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];
  modCount++;
  // 更新 threshold
  threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
  table = newMap;
  // 數(shù)據(jù)遷移，遍歷數(shù)組
  for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
  		// for 循環(huán)的方式遍歷鏈表
    for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
      Entry<K,V> e = old;
      old = old.next;
      int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
      e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
      newMap[index] = e;
    }
  }
}

總結(jié)

需要注意的是Hashtable的默認(rèn)初始容量大小是11，而HashMap 是16,但是他們的加載因子都是0.75f
HashTable的初始容量可以使任何非負(fù)整數(shù)，但是HashMap會(huì)采用第一個(gè)大于該數(shù)值的2的冪作為初始化容量(0 1 除外，都是 1)
HashTable的線程安全是完全借助synchronized 的加持
HashTable 的元素是頭插法，也就是插入到鏈表的頭部，因?yàn)镠ashTable 是線程安全的，在這個(gè)前提下，使用頭查法性能更好，否則還有遍歷到鏈表的尾部插入
HashTable 是沒有紅黑樹支持的，就是不論鏈表的長度有多長，都不會(huì)轉(zhuǎn)化成紅黑樹
哈希值的計(jì)算不同，HashTable直接使用對(duì)象的hashCode。而HashMap重新計(jì)算hash值(高16位異或低16位)，并且HashMap 支持key 為null 就是在這里的
Hashtable擴(kuò)容時(shí)，將容量變?yōu)樵瓉淼?倍加1，而HashMap擴(kuò)容時(shí)，將容量變?yōu)樵瓉淼?倍。

你覺得HashTable 還有什么可以改進(jìn)的地方嗎，歡迎討論
和上一節(jié)一樣這里我依然給出這個(gè)思考題，雖然我們的說法可能不對(duì)，可能我們永遠(yuǎn)也站不到源代碼作者當(dāng)年的高度，但是我們依然積極思考，大膽討論

雖然java 源代碼的山很高，如果你想跨越，至少你得有登山的勇氣，這里我給出自己的一點(diǎn)點(diǎn)愚見，希望各位不吝指教

int hash = key.hashCode();
addEntry(hash, key, value, index);
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
		// 記錄修改，快速失敗
  modCount++;
  Entry<?,?> tab[] = table;
  // count 實(shí)際存儲(chǔ)的key-value 數(shù)目，在HashMap 中用size 表示
  if (count >= threshold) {
    // Rehash the table if the threshold is exceeded
    rehash();
    tab = table;
    // 咋地，數(shù)組擴(kuò)容之后key 的hash值會(huì)變嗎，你還有重新計(jì)算一下
    hash = key.hashCode();
    index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  }
  // Creates the new entry.
  @SuppressWarnings("unchecked")
  Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
  tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
  count++;
}

當(dāng)然這只是小問題，但是也有很多其他小問題，例如求index 時(shí)候的計(jì)算方式是直接取模，而不是用與運(yùn)算，它最大的問題在設(shè)計(jì)上，例如hash值的計(jì)算方式就沒有HashMap 設(shè)計(jì)的好，還有就是沒有紅黑樹的支持，還有就是線程安全的實(shí)現(xiàn)方式也不高效，所以我們說它好像是遺留類,HashTable 在Java1.0 時(shí)代就存在了，而HashMap才是Java1.2才有的。

以上就是詳解Java中的HashTable的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java HashTable的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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