概要

前一章,我们学习了HashMap。这一章,我们对Hashtable进行学习。
我们先对Hashtable有个整体认识,然后再学习它的源码,最后再通过实例来学会使用Hashtable。
第1部分 Hashtable介绍
第2部分 Hashtable数据结构
第3部分 Hashtable源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 Hashtable遍历方式
第5部分 Hashtable示例

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第1部分 Hashtable介绍

Hashtable 简介

HashMap一样,Hashtable 也是一个散列表,它存储的内容是键值对(key-value)映射
Hashtable 继承于Dictionary,实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
Hashtable 的函数都是同步的,这意味着它是线程安全的。它的key、value都不可以为null。此外,Hashtable中的映射不是有序的。

Hashtable 的实例有两个参数影响其性能:初始容量加载因子。容量 是哈希表中桶 的数量,初始容量 就是哈希表创建时的容量。注意,哈希表的状态为 open:在发生“哈希冲突”的情况下,单个桶会存储多个条目,这些条目必须按顺序搜索。加载因子 是对哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一个尺度。初始容量和加载因子这两个参数只是对该实现的提示。关于何时以及是否调用 rehash 方法的具体细节则依赖于该实现。
通常,默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销,但同时也增加了查找某个条目的时间(在大多数 Hashtable 操作中,包括 get 和 put 操作,都反映了这一点)。

Hashtable的构造函数

// 默认构造函数。
public Hashtable() // 指定“容量大小”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity) // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) // 包含“子Map”的构造函数
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t)

Hashtable的API

synchronized void                clear()
synchronized Object clone()
boolean contains(Object value)
synchronized boolean containsKey(Object key)
synchronized boolean containsValue(Object value)
synchronized Enumeration<V> elements()
synchronized Set<Entry<K, V>> entrySet()
synchronized boolean equals(Object object)
synchronized V get(Object key)
synchronized int hashCode()
synchronized boolean isEmpty()
synchronized Set<K> keySet()
synchronized Enumeration<K> keys()
synchronized V put(K key, V value)
synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)
synchronized V remove(Object key)
synchronized int size()
synchronized String toString()
synchronized Collection<V> values()

第2部分 Hashtable数据结构

Hashtable的继承关系

java.lang.Object
↳ java.util.Dictionary<K, V>
↳ java.util.Hashtable<K, V> public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { }

Hashtable与Map关系如下图:

从图中可以看出:
(01) Hashtable继承于Dictionary类,实现了Map接口。Map是"key-value键值对"接口,Dictionary是声明了操作"键值对"函数接口的抽象类。
(02) Hashtable是通过"拉链法"实现的哈希表。它包括几个重要的成员变量:table, count, threshold, loadFactor, modCount。
  table是一个Entry[]数组类型,而Entry实际上就是一个单向链表。哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。
  count是Hashtable的大小,它是Hashtable保存的键值对的数量。
  threshold是Hashtable的阈值,用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。
  loadFactor就是加载因子。
  modCount是用来实现fail-fast机制的

第3部分 Hashtable源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解Hashtable的原理,下面对Hashtable源码代码作出分析。
在阅读源码时,建议参考后面的说明来建立对Hashtable的整体认识,这样更容易理解Hashtable。

 package java.util;
import java.io.*; public class Hashtable<K,V>
extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { // Hashtable保存key-value的数组。
// Hashtable是采用拉链法实现的,每一个Entry本质上是一个单向链表
private transient Entry[] table; // Hashtable中元素的实际数量
private transient int count; // 阈值,用于判断是否需要调整Hashtable的容量(threshold = 容量*加载因子)
private int threshold; // 加载因子
private float loadFactor; // Hashtable被改变的次数
private transient int modCount = 0; // 序列版本号
private static final long serialVersionUID = 1421746759512286392L; // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
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)(initialCapacity * loadFactor);
} // 指定“容量大小”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0.75f);
} // 默认构造函数。
public Hashtable() {
// 默认构造函数,指定的容量大小是11;加载因子是0.75
this(11, 0.75f);
} // 包含“子Map”的构造函数
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
// 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中
putAll(t);
} public synchronized int size() {
return count;
} public synchronized boolean isEmpty() {
return count == 0;
} // 返回“所有key”的枚举对象
public synchronized Enumeration<K> keys() {
return this.<K>getEnumeration(KEYS);
} // 返回“所有value”的枚举对象
public synchronized Enumeration<V> elements() {
return this.<V>getEnumeration(VALUES);
} // 判断Hashtable是否包含“值(value)”
public synchronized boolean contains(Object value) {
// Hashtable中“键值对”的value不能是null,
// 若是null的话,抛出异常!
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
} // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)
// 对于每个Entry(单向链表),逐个遍历,判断节点的值是否等于value
Entry tab[] = table;
for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {
if (e.value.equals(value)) {
return true;
}
}
}
return false;
} public boolean containsValue(Object value) {
return contains(value);
} // 判断Hashtable是否包含key
public synchronized boolean containsKey(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
// 计算索引值,
// % tab.length 的目的是防止数据越界
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return true;
}
}
return false;
} // 返回key对应的value,没有的话返回null
public synchronized V get(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
// 计算索引值,
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return e.value;
}
}
return null;
} // 调整Hashtable的长度,将长度变成原来的(2倍+1)
// (01) 将“旧的Entry数组”赋值给一个临时变量。
// (02) 创建一个“新的Entry数组”,并赋值给“旧的Entry数组”
// (03) 将“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry数组”中
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry[] oldMap = table; int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
Entry[] newMap = new Entry[newCapacity]; modCount++;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
table = newMap; for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
Entry<K,V> e = old;
old = old.next; int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
} // 将“key-value”添加到Hashtable中
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value为null的元素!!!
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
} // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”,
// 则用“新的value”替换“旧的value”
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
V old = e.value;
e.value = value;
return old;
}
} // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”,
// (01) 将“修改统计数”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
// 则调整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash(); tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
} // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中
Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 创建“新的Entry节点”,并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”,并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
count++;
return null;
} // 删除Hashtable中键为key的元素
public synchronized V remove(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”
// 然后在链表中找出要删除的节点,并删除该节点。
for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
modCount++;
if (prev != null) {
prev.next = e.next;
} else {
tab[index] = e.next;
}
count--;
V oldValue = e.value;
e.value = null;
return oldValue;
}
}
return null;
} // 将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到Hashtable中
public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) {
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
} // 清空Hashtable
// 将Hashtable的table数组的值全部设为null
public synchronized void clear() {
Entry tab[] = table;
modCount++;
for (int index = tab.length; --index >= 0; )
tab[index] = null;
count = 0;
} // 克隆一个Hashtable,并以Object的形式返回。
public synchronized Object clone() {
try {
Hashtable<K,V> t = (Hashtable<K,V>) super.clone();
t.table = new Entry[table.length];
for (int i = table.length ; i-- > 0 ; ) {
t.table[i] = (table[i] != null)
? (Entry<K,V>) table[i].clone() : null;
}
t.keySet = null;
t.entrySet = null;
t.values = null;
t.modCount = 0;
return t;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
} public synchronized String toString() {
int max = size() - 1;
if (max == -1)
return "{}"; StringBuilder sb = new StringBuilder();
Iterator<Map.Entry<K,V>> it = entrySet().iterator(); sb.append('{');
for (int i = 0; ; i++) {
Map.Entry<K,V> e = it.next();
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
sb.append(key == this ? "(this Map)" : key.toString());
sb.append('=');
sb.append(value == this ? "(this Map)" : value.toString()); if (i == max)
return sb.append('}').toString();
sb.append(", ");
}
} // 获取Hashtable的枚举类对象
// 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象;
// 否则,返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)
private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) {
if (count == 0) {
return (Enumeration<T>)emptyEnumerator;
} else {
return new Enumerator<T>(type, false);
}
} // 获取Hashtable的迭代器
// 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空迭代器”对象;
// 否则,返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)
private <T> Iterator<T> getIterator(int type) {
if (count == 0) {
return (Iterator<T>) emptyIterator;
} else {
return new Enumerator<T>(type, true);
}
} // Hashtable的“key的集合”。它是一个Set,意味着没有重复元素
private transient volatile Set<K> keySet = null;
// Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Set,意味着没有重复元素
private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
// Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Collection,意味着可以有重复元素
private transient volatile Collection<V> values = null; // 返回一个被synchronizedSet封装后的KeySet对象
// synchronizedSet封装的目的是对KeySet的所有方法都添加synchronized,实现多线程同步
public Set<K> keySet() {
if (keySet == null)
keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
return keySet;
} // Hashtable的Key的Set集合。
// KeySet继承于AbstractSet,所以,KeySet中的元素没有重复的。
private class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return getIterator(KEYS);
}
public int size() {
return count;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return Hashtable.this.remove(o) != null;
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
} // 返回一个被synchronizedSet封装后的EntrySet对象
// synchronizedSet封装的目的是对EntrySet的所有方法都添加synchronized,实现多线程同步
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
if (entrySet==null)
entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
return entrySet;
} // Hashtable的Entry的Set集合。
// EntrySet继承于AbstractSet,所以,EntrySet中的元素没有重复的。
private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
} public boolean add(Map.Entry<K,V> o) {
return super.add(o);
} // 查找EntrySet中是否包含Object(0)
// 首先,在table中找到o对应的Entry(Entry是一个单向链表)
// 然后,查找Entry链表中是否存在Object
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry entry = (Map.Entry)o;
Object key = entry.getKey();
Entry[] tab = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry e = tab[index]; e != null; e = e.next)
if (e.hash==hash && e.equals(entry))
return true;
return false;
} // 删除元素Object(0)
// 首先,在table中找到o对应的Entry(Entry是一个单向链表)
// 然后,删除链表中的元素Object
public boolean remove(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;
K key = entry.getKey();
Entry[] tab = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null;
prev = e, e = e.next) {
if (e.hash==hash && e.equals(entry)) {
modCount++;
if (prev != null)
prev.next = e.next;
else
tab[index] = e.next; count--;
e.value = null;
return true;
}
}
return false;
} public int size() {
return count;
} public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
} // 返回一个被synchronizedCollection封装后的ValueCollection对象
// synchronizedCollection封装的目的是对ValueCollection的所有方法都添加synchronized,实现多线程同步
public Collection<V> values() {
if (values==null)
values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(),
this);
return values;
} // Hashtable的value的Collection集合。
// ValueCollection继承于AbstractCollection,所以,ValueCollection中的元素可以重复的。
private class ValueCollection extends AbstractCollection<V> {
public Iterator<V> iterator() {
return getIterator(VALUES);
}
public int size() {
return count;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
} // 重新equals()函数
// 若两个Hashtable的所有key-value键值对都相等,则判断它们两个相等
public synchronized boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true; if (!(o instanceof Map))
return false;
Map<K,V> t = (Map<K,V>) o;
if (t.size() != size())
return false; try {
// 通过迭代器依次取出当前Hashtable的key-value键值对
// 并判断该键值对,存在于Hashtable(o)中。
// 若不存在,则立即返回false;否则,遍历完“当前Hashtable”并返回true。
Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
while (i.hasNext()) {
Map.Entry<K,V> e = i.next();
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
if (value == null) {
if (!(t.get(key)==null && t.containsKey(key)))
return false;
} else {
if (!value.equals(t.get(key)))
return false;
}
}
} catch (ClassCastException unused) {
return false;
} catch (NullPointerException unused) {
return false;
} return true;
} // 计算Hashtable的哈希值
// 若 Hashtable的实际大小为0 或者 加载因子<0,则返回0。
// 否则,返回“Hashtable中的每个Entry的key和value的异或值 的总和”。
public synchronized int hashCode() {
int h = 0;
if (count == 0 || loadFactor < 0)
return h; // Returns zero loadFactor = -loadFactor; // Mark hashCode computation in progress
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length; i++)
for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next)
h += e.key.hashCode() ^ e.value.hashCode();
loadFactor = -loadFactor; // Mark hashCode computation complete return h;
} // java.io.Serializable的写入函数
// 将Hashtable的“总的容量,实际容量,所有的Entry”都写入到输出流中
private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws IOException
{
// Write out the length, threshold, loadfactor
s.defaultWriteObject(); // Write out length, count of elements and then the key/value objects
s.writeInt(table.length);
s.writeInt(count);
for (int index = table.length-1; index >= 0; index--) {
Entry entry = table[index]; while (entry != null) {
s.writeObject(entry.key);
s.writeObject(entry.value);
entry = entry.next;
}
}
} // java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式读出
// 将Hashtable的“总的容量,实际容量,所有的Entry”依次读出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
// Read in the length, threshold, and loadfactor
s.defaultReadObject(); // Read the original length of the array and number of elements
int origlength = s.readInt();
int elements = s.readInt(); // Compute new size with a bit of room 5% to grow but
// no larger than the original size. Make the length
// odd if it's large enough, this helps distribute the entries.
// Guard against the length ending up zero, that's not valid.
int length = (int)(elements * loadFactor) + (elements / 20) + 3;
if (length > elements && (length & 1) == 0)
length--;
if (origlength > 0 && length > origlength)
length = origlength; Entry[] table = new Entry[length];
count = 0; // Read the number of elements and then all the key/value objects
for (; elements > 0; elements--) {
K key = (K)s.readObject();
V value = (V)s.readObject();
// synch could be eliminated for performance
reconstitutionPut(table, key, value);
}
this.table = table;
} private void reconstitutionPut(Entry[] tab, K key, V value)
throws StreamCorruptedException
{
if (value == null) {
throw new java.io.StreamCorruptedException();
}
// Makes sure the key is not already in the hashtable.
// This should not happen in deserialized version.
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
throw new java.io.StreamCorruptedException();
}
}
// Creates the new entry.
Entry<K,V> e = tab[index];
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
count++;
} // Hashtable的Entry节点,它本质上是一个单向链表。
// 也因此,我们才能推断出Hashtable是由拉链法实现的散列表
private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
// 哈希值
int hash;
K key;
V value;
// 指向的下一个Entry,即链表的下一个节点
Entry<K,V> next; // 构造函数
protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
} protected Object clone() {
return new Entry<K,V>(hash, key, value,
(next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone()));
} public K getKey() {
return key;
} public V getValue() {
return value;
} // 设置value。若value是null,则抛出异常。
public V setValue(V value) {
if (value == null)
throw new NullPointerException(); V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
} // 覆盖equals()方法,判断两个Entry是否相等。
// 若两个Entry的key和value都相等,则认为它们相等。
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry e = (Map.Entry)o; return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) &&
(value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue()));
} public int hashCode() {
return hash ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());
} public String toString() {
return key.toString()+"="+value.toString();
}
} private static final int KEYS = 0;
private static final int VALUES = 1;
private static final int ENTRIES = 2; // Enumerator的作用是提供了“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。因为,它同时实现了 “Enumerator接口”和“Iterator接口”。
private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
// 指向Hashtable的table
Entry[] table = Hashtable.this.table;
// Hashtable的总的大小
int index = table.length;
Entry<K,V> entry = null;
Entry<K,V> lastReturned = null;
int type; // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
// iterator为true,表示它是迭代器;否则,是枚举类。
boolean iterator; // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到,用来实现fail-fast机制。
protected int expectedModCount = modCount; Enumerator(int type, boolean iterator) {
this.type = type;
this.iterator = iterator;
} // 从遍历table的数组的末尾向前查找,直到找到不为null的Entry。
public boolean hasMoreElements() {
Entry<K,V> e = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (e == null && i > 0) {
e = t[--i];
}
entry = e;
index = i;
return e != null;
} // 获取下一个元素
// 注意:从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
// 首先,从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
// 然后,依次向后遍历单向链表Entry。
public T nextElement() {
Entry<K,V> et = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (et == null && i > 0) {
et = t[--i];
}
entry = et;
index = i;
if (et != null) {
Entry<K,V> e = lastReturned = entry;
entry = e.next;
return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
}
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
} // 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素
// 实际上,它是调用的hasMoreElements()
public boolean hasNext() {
return hasMoreElements();
} // 迭代器获取下一个元素
// 实际上,它是调用的nextElement()
public T next() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return nextElement();
} // 迭代器的remove()接口。
// 首先,它在table数组中找出要删除元素所在的Entry,
// 然后,删除单向链表Entry中的元素。
public void remove() {
if (!iterator)
throw new UnsupportedOperationException();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException("Hashtable Enumerator");
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException(); synchronized(Hashtable.this) {
Entry[] tab = Hashtable.this.table;
int index = (lastReturned.hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null;
prev = e, e = e.next) {
if (e == lastReturned) {
modCount++;
expectedModCount++;
if (prev == null)
tab[index] = e.next;
else
prev.next = e.next;
count--;
lastReturned = null;
return;
}
}
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
} private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator();
private static Iterator emptyIterator = new EmptyIterator(); // 空枚举类
// 当Hashtable的实际大小为0;此时,又要通过Enumeration遍历Hashtable时,返回的是“空枚举类”的对象。
private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> { EmptyEnumerator() {
} // 空枚举类的hasMoreElements() 始终返回false
public boolean hasMoreElements() {
return false;
} // 空枚举类的nextElement() 抛出异常
public Object nextElement() {
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
}
} // 空迭代器
// 当Hashtable的实际大小为0;此时,又要通过迭代器遍历Hashtable时,返回的是“空迭代器”的对象。
private static class EmptyIterator implements Iterator<Object> { EmptyIterator() {
} public boolean hasNext() {
return false;
} public Object next() {
throw new NoSuchElementException("Hashtable Iterator");
} public void remove() {
throw new IllegalStateException("Hashtable Iterator");
} }
}

说明: 在详细介绍Hashtable的代码之前,我们需要了解:和Hashmap一样,Hashtable也是一个散列表,它也是通过“拉链法”解决哈希冲突的。

第3.1部分 Hashtable的“拉链法”相关内容

3.1.1 Hashtable数据存储数组

private transient Entry[] table;

Hashtable中的key-value都是存储在table数组中的

3.1.2 数据节点Entry的数据结构

 private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
// 哈希值
int hash;
K key;
V value;
// 指向的下一个Entry,即链表的下一个节点
Entry<K,V> next; // 构造函数
protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
} protected Object clone() {
return new Entry<K,V>(hash, key, value,
(next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone()));
} public K getKey() {
return key;
} public V getValue() {
return value;
} // 设置value。若value是null,则抛出异常。
public V setValue(V value) {
if (value == null)
throw new NullPointerException(); V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
} // 覆盖equals()方法,判断两个Entry是否相等。
// 若两个Entry的key和value都相等,则认为它们相等。
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry e = (Map.Entry)o; return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) &&
(value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue()));
} public int hashCode() {
return hash ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());
} public String toString() {
return key.toString()+"="+value.toString();
}
}

从中,我们可以看出 Entry 实际上就是一个单向链表。这也是为什么我们说Hashtable是通过拉链法解决哈希冲突的。
Entry 实现了Map.Entry 接口,即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数。这些都是基本的读取/修改key、value值的函数。

第3.2部分 Hashtable的构造函数

Hashtable共包括4个构造函数

 // 默认构造函数。
public Hashtable() {
// 默认构造函数,指定的容量大小是11;加载因子是0.75
this(11, 0.75f);
} // 指定“容量大小”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0.75f);
} // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
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)(initialCapacity * loadFactor);
} // 包含“子Map”的构造函数
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
// 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中
putAll(t);
}

第3.3部分 Hashtable的主要对外接口

3.3.1 clear()

clear() 的作用是清空Hashtable。它是将Hashtable的table数组的值全部设为null

 public synchronized void clear() {
Entry tab[] = table;
modCount++;
for (int index = tab.length; --index >= 0; )
tab[index] = null;
count = 0;
}

3.3.2 contains()containsValue()

contains() 和 containsValue() 的作用都是判断Hashtable是否包含“值(value)”

 public boolean containsValue(Object value) {
return contains(value);
} public synchronized boolean contains(Object value) {
// Hashtable中“键值对”的value不能是null,
// 若是null的话,抛出异常!
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
} // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)
// 对于每个Entry(单向链表),逐个遍历,判断节点的值是否等于value
Entry tab[] = table;
for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {
if (e.value.equals(value)) {
return true;
}
}
}
return false;
}

3.3.3 containsKey()

containsKey() 的作用是判断Hashtable是否包含key

 public synchronized boolean containsKey(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
// 计算索引值,
// % tab.length 的目的是防止数据越界
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return true;
}
}
return false;
}

3.3.4 elements()

elements() 的作用是返回“所有value”的枚举对象

 public synchronized Enumeration<V> elements() {
return this.<V>getEnumeration(VALUES);
} // 获取Hashtable的枚举类对象
private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) {
if (count == 0) {
return (Enumeration<T>)emptyEnumerator;
} else {
return new Enumerator<T>(type, false);
}
}

从中,我们可以看出:
(01) 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象emptyEnumerator;
(02) 否则,返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)

我们先看看emptyEnumerator对象是如何实现的

 private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator();

 // 空枚举类
// 当Hashtable的实际大小为0;此时,又要通过Enumeration遍历Hashtable时,返回的是“空枚举类”的对象。
private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> { EmptyEnumerator() {
} // 空枚举类的hasMoreElements() 始终返回false
public boolean hasMoreElements() {
return false;
} // 空枚举类的nextElement() 抛出异常
public Object nextElement() {
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
}
}

我们在来看看Enumeration类

Enumerator的作用是提供了“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。因为,它同时实现了 “Enumerator接口”和“Iterator接口”。

 private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
// 指向Hashtable的table
Entry[] table = Hashtable.this.table;
// Hashtable的总的大小
int index = table.length;
Entry<K,V> entry = null;
Entry<K,V> lastReturned = null;
int type; // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
// iterator为true,表示它是迭代器;否则,是枚举类。
boolean iterator; // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到,用来实现fail-fast机制。
protected int expectedModCount = modCount; Enumerator(int type, boolean iterator) {
this.type = type;
this.iterator = iterator;
} // 从遍历table的数组的末尾向前查找,直到找到不为null的Entry。
public boolean hasMoreElements() {
Entry<K,V> e = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (e == null && i > 0) {
e = t[--i];
}
entry = e;
index = i;
return e != null;
} // 获取下一个元素
// 注意:从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
// 首先,从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
// 然后,依次向后遍历单向链表Entry。
public T nextElement() {
Entry<K,V> et = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (et == null && i > 0) {
et = t[--i];
}
entry = et;
index = i;
if (et != null) {
Entry<K,V> e = lastReturned = entry;
entry = e.next;
return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
}
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
} // 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素
// 实际上,它是调用的hasMoreElements()
public boolean hasNext() {
return hasMoreElements();
} // 迭代器获取下一个元素
// 实际上,它是调用的nextElement()
public T next() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return nextElement();
} // 迭代器的remove()接口。
// 首先,它在table数组中找出要删除元素所在的Entry,
// 然后,删除单向链表Entry中的元素。
public void remove() {
if (!iterator)
throw new UnsupportedOperationException();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException("Hashtable Enumerator");
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException(); synchronized(Hashtable.this) {
Entry[] tab = Hashtable.this.table;
int index = (lastReturned.hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null;
prev = e, e = e.next) {
if (e == lastReturned) {
modCount++;
expectedModCount++;
if (prev == null)
tab[index] = e.next;
else
prev.next = e.next;
count--;
lastReturned = null;
return;
}
}
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}

entrySet(), keySet(), keys(), values()的实现方法和elements()差不多,而且源码中已经明确的给出了注释。这里就不再做过多说明了。

3.3.5 get()

get() 的作用就是获取key对应的value,没有的话返回null

 public synchronized V get(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
// 计算索引值,
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return e.value;
}
}
return null;
}

3.3.6 put()

put() 的作用是对外提供接口,让Hashtable对象可以通过put()将“key-value”添加到Hashtable中。

 public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value为null的元素!!!
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
} // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”,
// 则用“新的value”替换“旧的value”
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
V old = e.value;
e.value = value;
return old;
}
} // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”,
// (01) 将“修改统计数”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
// 则调整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash(); tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
} // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中
Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 创建“新的Entry节点”,并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”,并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
count++;
return null;
}

3.3.7 putAll()

putAll() 的作用是将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到Hashtable中

 public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) {
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}

3.3.8 remove()

remove() 的作用就是删除Hashtable中键为key的元素

 public synchronized V remove(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”
// 然后在链表中找出要删除的节点,并删除该节点。
for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
modCount++;
if (prev != null) {
prev.next = e.next;
} else {
tab[index] = e.next;
}
count--;
V oldValue = e.value;
e.value = null;
return oldValue;
}
}
return null;
}

第3.4部分 Hashtable实现的Cloneable接口

Hashtable实现了Cloneable接口,即实现了clone()方法。
clone()方法的作用很简单,就是克隆一个Hashtable对象并返回。

 // 克隆一个Hashtable,并以Object的形式返回。
public synchronized Object clone() {
try {
Hashtable<K,V> t = (Hashtable<K,V>) super.clone();
t.table = new Entry[table.length];
for (int i = table.length ; i-- > 0 ; ) {
t.table[i] = (table[i] != null)
? (Entry<K,V>) table[i].clone() : null;
}
t.keySet = null;
t.entrySet = null;
t.values = null;
t.modCount = 0;
return t;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}

第3.5部分 Hashtable实现的Serializable接口

Hashtable实现java.io.Serializable,分别实现了串行读取、写入功能。

串行写入函数就是将Hashtable的“总的容量,实际容量,所有的Entry”都写入到输出流中
串行读取函数:根据写入方式读出将Hashtable的“总的容量,实际容量,所有的Entry”依次读出

 private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws IOException
{
// Write out the length, threshold, loadfactor
s.defaultWriteObject(); // Write out length, count of elements and then the key/value objects
s.writeInt(table.length);
s.writeInt(count);
for (int index = table.length-1; index >= 0; index--) {
Entry entry = table[index]; while (entry != null) {
s.writeObject(entry.key);
s.writeObject(entry.value);
entry = entry.next;
}
}
} private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
// Read in the length, threshold, and loadfactor
s.defaultReadObject(); // Read the original length of the array and number of elements
int origlength = s.readInt();
int elements = s.readInt(); // Compute new size with a bit of room 5% to grow but
// no larger than the original size. Make the length
// odd if it's large enough, this helps distribute the entries.
// Guard against the length ending up zero, that's not valid.
int length = (int)(elements * loadFactor) + (elements / 20) + 3;
if (length > elements && (length & 1) == 0)
length--;
if (origlength > 0 && length > origlength)
length = origlength; Entry[] table = new Entry[length];
count = 0; // Read the number of elements and then all the key/value objects
for (; elements > 0; elements--) {
K key = (K)s.readObject();
V value = (V)s.readObject();
// synch could be eliminated for performance
reconstitutionPut(table, key, value);
}
this.table = table;
}

第4部分 Hashtable遍历方式

4.1 遍历Hashtable的键值对

第一步:根据entrySet()获取Hashtable的“键值对”的Set集合。
第二步:通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设table是Hashtable对象
// table中的key是String类型,value是Integer类型
Integer integ = null;
Iterator iter = table.entrySet().iterator();
while(iter.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();
// 获取key
key = (String)entry.getKey();
// 获取value
integ = (Integer)entry.getValue();
}

4.2 通过Iterator遍历Hashtable的键

第一步:根据keySet()获取Hashtable的“键”的Set集合。
第二步:通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设table是Hashtable对象
// table中的key是String类型,value是Integer类型
String key = null;
Integer integ = null;
Iterator iter = table.keySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
// 获取key
key = (String)iter.next();
// 根据key,获取value
integ = (Integer)table.get(key);
}

4.3 通过Iterator遍历Hashtable的值

第一步:根据value()获取Hashtable的“值”的集合。
第二步:通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设table是Hashtable对象
// table中的key是String类型,value是Integer类型
Integer value = null;
Collection c = table.values();
Iterator iter= c.iterator();
while (iter.hasNext()) {
value = (Integer)iter.next();
}

4.4 通过Enumeration遍历Hashtable的键

第一步:根据keys()获取Hashtable的集合。
第二步:通过Enumeration遍历“第一步”得到的集合。

Enumeration enu = table.keys();
while(enu.hasMoreElements()) {
System.out.println(enu.nextElement());
}

4.5 通过Enumeration遍历Hashtable的值

第一步:根据elements()获取Hashtable的集合。
第二步:通过Enumeration遍历“第一步”得到的集合。

Enumeration enu = table.elements();
while(enu.hasMoreElements()) {
System.out.println(enu.nextElement());
}

遍历测试程序如下

 import java.util.*;

 /*
* @desc 遍历Hashtable的测试程序。
* (01) 通过entrySet()去遍历key、value,参考实现函数:
* iteratorHashtableByEntryset()
* (02) 通过keySet()去遍历key,参考实现函数:
* iteratorHashtableByKeyset()
* (03) 通过values()去遍历value,参考实现函数:
* iteratorHashtableJustValues()
* (04) 通过Enumeration去遍历key,参考实现函数:
* enumHashtableKey()
* (05) 通过Enumeration去遍历value,参考实现函数:
* enumHashtableValue()
*
* @author skywang
*/
public class HashtableIteratorTest { public static void main(String[] args) {
int val = 0;
String key = null;
Integer value = null;
Random r = new Random();
Hashtable table = new Hashtable(); for (int i=0; i<12; i++) {
// 随机获取一个[0,100)之间的数字
val = r.nextInt(100); key = String.valueOf(val);
value = r.nextInt(5);
// 添加到Hashtable中
table.put(key, value);
System.out.println(" key:"+key+" value:"+value);
}
// 通过entrySet()遍历Hashtable的key-value
iteratorHashtableByEntryset(table) ; // 通过keySet()遍历Hashtable的key-value
iteratorHashtableByKeyset(table) ; // 单单遍历Hashtable的value
iteratorHashtableJustValues(table); // 遍历Hashtable的Enumeration的key
enumHashtableKey(table); // 遍历Hashtable的Enumeration的value
//enumHashtableValue(table);
} /*
* 通过Enumeration遍历Hashtable的key
* 效率高!
*/
private static void enumHashtableKey(Hashtable table) {
if (table == null)
return ; System.out.println("\nenumeration Hashtable");
Enumeration enu = table.keys();
while(enu.hasMoreElements()) {
System.out.println(enu.nextElement());
}
} /*
* 通过Enumeration遍历Hashtable的value
* 效率高!
*/
private static void enumHashtableValue(Hashtable table) {
if (table == null)
return ; System.out.println("\nenumeration Hashtable");
Enumeration enu = table.elements();
while(enu.hasMoreElements()) {
System.out.println(enu.nextElement());
}
} /*
* 通过entry set遍历Hashtable
* 效率高!
*/
private static void iteratorHashtableByEntryset(Hashtable table) {
if (table == null)
return ; System.out.println("\niterator Hashtable By entryset");
String key = null;
Integer integ = null;
Iterator iter = table.entrySet().iterator();
while(iter.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next(); key = (String)entry.getKey();
integ = (Integer)entry.getValue();
System.out.println(key+" -- "+integ.intValue());
}
} /*
* 通过keyset来遍历Hashtable
* 效率低!
*/
private static void iteratorHashtableByKeyset(Hashtable table) {
if (table == null)
return ; System.out.println("\niterator Hashtable By keyset");
String key = null;
Integer integ = null;
Iterator iter = table.keySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
key = (String)iter.next();
integ = (Integer)table.get(key);
System.out.println(key+" -- "+integ.intValue());
}
} /*
* 遍历Hashtable的values
*/
private static void iteratorHashtableJustValues(Hashtable table) {
if (table == null)
return ; Collection c = table.values();
Iterator iter= c.iterator();
while (iter.hasNext()) {
System.out.println(iter.next());
}
}
}

第5部分 Hashtable示例

下面通过一个实例来学习如何使用Hashtable。

 import java.util.*;

 /*
* @desc Hashtable的测试程序。
*
* @author skywang
*/
public class HashtableTest {
public static void main(String[] args) {
testHashtableAPIs();
} private static void testHashtableAPIs() {
// 初始化随机种子
Random r = new Random();
// 新建Hashtable
Hashtable table = new Hashtable();
// 添加操作
table.put("one", r.nextInt(10));
table.put("two", r.nextInt(10));
table.put("three", r.nextInt(10)); // 打印出table
System.out.println("table:"+table ); // 通过Iterator遍历key-value
Iterator iter = table.entrySet().iterator();
while(iter.hasNext()) {
Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();
System.out.println("next : "+ entry.getKey() +" - "+entry.getValue());
} // Hashtable的键值对个数
System.out.println("size:"+table.size()); // containsKey(Object key) :是否包含键key
System.out.println("contains key two : "+table.containsKey("two"));
System.out.println("contains key five : "+table.containsKey("five")); // containsValue(Object value) :是否包含值value
System.out.println("contains value 0 : "+table.containsValue(new Integer(0))); // remove(Object key) : 删除键key对应的键值对
table.remove("three"); System.out.println("table:"+table ); // clear() : 清空Hashtable
table.clear(); // isEmpty() : Hashtable是否为空
System.out.println((table.isEmpty()?"table is empty":"table is not empty") );
} }

(某一次)运行结果

table:{two=5, one=0, three=6}
next : two - 5
next : one - 0
next : three - 6
size:3
contains key two : true
contains key five : false
contains value 0 : true
table:{two=5, one=0}
table is empty

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Java 集合系列14之 Map总结(HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap等使用场景)

Java 集合系列18之 Iterator和Enumeration比较

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