分析 java.util.Hashtable 源码

概述

基于J11，该类已经淘汰，如果使用线程安全的则用 ConcurrentHashMap ，用线程不安全的则使用 HashMap 。仅与HashMap进行比较

结构以及依赖关系

HashTable 的结构如下图



当遇到有同样 Hash 值的情况，会通过链表来解决冲突问题（链接法，通过链表解决冲突问题）。

链接法会随着冲突的增多导致查询时间越来越慢。会出现一种恶劣的情况，当散列算法特别差时；元素总数n和某个槽位数 m 中的 k 相等，如下图所示

在这种情况下，查找的时间为 $O(1+a)$ 其中 $O(1)$ 为hash

通过下图可以得知 Hashtable 与其他类的关系

classDiagram
direction BT
class Cloneable {
<<Interface>>

}
class Dictionary~K, V~
class Hashtable~K, V~
class Map~K, V~ {
<<Interface>>

}
class Serializable {
<<Interface>>

}

Hashtable~K, V~ ..> Cloneable
Hashtable~K, V~ --> Dictionary~K, V~
Hashtable~K, V~ ..> Map~K, V~
Hashtable~K, V~ ..> Serializable

实际上，Hashtable中的每个元素都是一个 Map.Entry<k,v> ，Entry 是 Map 的集合形式 用来遍历Map 。Hashtable实现了该接口，Hashtable就是一个集合，不过存储的是一个一个链表。

private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
	final int hash;
	final K key;
	V value;
	Entry<K,V> next;

	public K getKey(){...}
	public V getValue(){...}
	public V setValue(V value){...}
}

Hashtable有几个关键的字段需要注意：

private int threshold; // 可容纳的极限长度，容量*负载因子
private float loadFactor; // 负载因子 该值默认为0.75

如果把Hashtbale比做桶，负载因子就表明一桶水能装半桶还是装满桶还是装四分之一桶。

负载因子越大，能装的水就越多。负载因子总和临界值配合，临界值用来表示什么时候扩容，也就是水装不下了得换一个大一点的桶装水。Hashtable每一次扩容都会扩大到原来的两倍大。

负载因子是对时间和空间的平衡，当负载因子增大空间会比较充足就不需要总是扩容，空间用的较多；如果负载因子小需要不断扩容，但是空间用的少。

通过一个put方法来了解

下图简述了put的流程

计算位置

Hashtable中计算位置特别简单，就是简单的除法

Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

插入元素

首先，Hashtable需要知道当前put操作是更新旧值还是插入新值。如果更新旧值就返回旧值并更新它

下面就是一个不断查找链表的过程

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;
    }
}

如果是插入新值则创建一个 Entry 并插入，这是在容量没有超过临界值的情况：

Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
modCount++;

当然，如果容量超过临界值则需要扩容

扩容

if (count >= threshold) {
    // 扩容，并重新计算每个元素的hash值
    rehash();  

	// 扩容之后插入新值
    tab = table;
    hash = key.hashCode();
    index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}

扩容的关键是 rehash() 这个方法。该方法也很简单，只有以下几个步骤：

1. 计算新的临界值
2. 新临界值超过最大能接受的容量则不再扩充
3. 创建一个新table（新的大桶）
4. 逐个计算hash值并重新装填table
   
   

线程安全性

Hashtable是线程安全的，主要是通过为每个方法加入一个同步锁来解决，如put方法

public synchronized V put(K key, V value) {...}

但是这样性能还是比较低的，同时不能保证组合方法的线程安全性。

例如 get 和 remove

public V getAndRemove(Object o){
	V v = get(o);
	remove(o);
	return v;
}

这样是不能保证线程安全的