在java中与有两个类都提供了一个多种用途的hashTable机制,他们都可以将可以key和value结合起来构成键值对通过put(key,value)方法保存起来,然后通过get(key)方法获取相对应的value值。一个是前面提到的HashMap,还有一个就是马上要讲解的HashTable。对于HashTable而言,它在很大程度上和HashMap的实现差不多,如果我们对HashMap比较了解的话,对HashTable的认知会提高很大的帮助。他们两者之间只存在几点的不同,这个后面会阐述。

一、定义

HashTable在Java中的定义如下:

  1. public class Hashtable<K,V>
  2. extends Dictionary<K,V>
  3. implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

从中可以看出HashTable继承Dictionary类,实现Map接口。其中Dictionary类是任何可将键映射到相应值的类(如 Hashtable)的抽象父类。每个键和每个值都是一个对象。在任何一个 Dictionary 对象中,每个键至多与一个值相关联。Map是"key-value键值对"接口。

HashTable采用"拉链法"实现哈希表,它定义了几个重要的参数:table、count、threshold、loadFactor、modCount。

table:为一个Entry[]数组类型,Entry代表了“拉链”的节点,每一个Entry代表了一个键值对,哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。

count:HashTable的大小,注意这个大小并不是HashTable的容器大小,而是他所包含Entry键值对的数量。

threshold: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:加载因子。

modCount:用来实现“fail-fast”机制的(也就是快速失败)。所谓快速失败就是在并发集合中,其进行迭代操作时,若有其他线程对其进行结构性的修改,这时迭代器会立马感知到,并且立即抛出ConcurrentModificationException异常,而不是等到迭代完成之后才告诉你(你已经出错了)。

二、构造方法

在HashTabel中存在5个构造函数。通过这5个构造函数我们构建出一个我想要的HashTable。

  1. public Hashtable() {
  2. this(11, 0.75f);
  3. }

默认构造函数,容量为11,加载因子为0.75。

  1. public Hashtable(int initialCapacity) {
  2. this(initialCapacity, 0.75f);
  3. }

用指定初始容量和默认的加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。

  1. public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
  2. //验证初始容量
  3. if (initialCapacity < 0)
  4. throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
  5. initialCapacity);
  6. //验证加载因子
  7. if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
  8. throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
  9.  
  10. if (initialCapacity==0)
  11. initialCapacity = 1;
  12.  
  13. this.loadFactor = loadFactor;
  14.  
  15. //初始化table,获得大小为initialCapacity的table数组
  16. table = new Entry[initialCapacity];
  17. //计算阀值
  18. threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
  19. //初始化HashSeed值
  20. initHashSeedAsNeeded(initialCapacity);
  21. }

用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。其中initHashSeedAsNeeded方法用于初始化hashSeed参数,其中hashSeed用于计算key的hash值,它与key的hashCode进行按位异或运算。这个hashSeed是一个与实例相关的随机值,主要用于解决hash冲突。

  1. private int hash(Object k) {
  2. return hashSeed ^ k.hashCode();
  3. }

构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。

  1. public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
  2. //设置table容器大小,其值==t.size * 2 + 1
  3. this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
  4. putAll(t);
  5. }

三、主要方法

HashTable的API对外提供了许多方法,这些方法能够很好帮助我们操作HashTable,但是这里我只介绍两个最根本的方法:put、get。

首先我们先看put方法:将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意这里键key和值value都不可为空。

  1. public synchronized V put(K key, V value) {
  2. // 确保value不为null
  3. if (value == null) {
  4. throw new NullPointerException();
  5. }
  6.  
  7. /*
  8. * 确保key在table[]是不重复的
  9. * 处理过程:
  10. * 1、计算key的hash值,确认在table[]中的索引位置
  11. * 2、迭代index索引位置,如果该位置处的链表中存在一个一样的key,则替换其value,返回旧值
  12. */
  13. Entry tab[] = table;
  14. int hash = hash(key); //计算key的hash值
  15. int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; //确认该key的索引位置
  16. //迭代,寻找该key,替换
  17. for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
  18. if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
  19. V old = e.value;
  20. e.value = value;
  21. return old;
  22. }
  23. }
  24.  
  25. modCount++;
  26. if (count >= threshold) { //如果容器中的元素数量已经达到阀值,则进行扩容操作
  27. rehash();
  28. tab = table;
  29. hash = hash(key);
  30. index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  31. }
  32.  
  33. // 在索引位置处插入一个新的节点
  34. Entry<K,V> e = tab[index];
  35. tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
  36. //容器中元素+1
  37. count++;
  38. return null;
  39. }

put方法的整个处理流程是:计算key的hash值,根据hash值获得key在table数组中的索引位置,然后迭代该key处的Entry链表(我们暂且理解为链表),若该链表中存在一个这个的key对象,那么就直接替换其value值即可,否则在将改key-value节点插入该index索引位置处。如下:

首先我们假设一个容量为5的table,存在8、10、13、16、17、21。他们在table中位置如下:

然后我们插入一个数:put(16,22),key=16在table的索引位置为1,同时在1索引位置有两个数,程序对该“链表”进行迭代,发现存在一个key=16,这时要做的工作就是用newValue=22替换oldValue16,并将oldValue=16返回。

在put(33,33),key=33所在的索引位置为3,并且在该链表中也没有存在某个key=33的节点,所以就将该节点插入该链表的第一个位置。

在HashTabled的put方法中有两个地方需要注意:

1、HashTable的扩容操作,在put方法中,如果需要向table[]中添加Entry元素,会首先进行容量校验,如果容量已经达到了阀值,HashTable就会进行扩容处理rehash(),如下:

  1. protected void rehash() {
  2. int oldCapacity = table.length;
  3. //元素
  4. Entry<K,V>[] oldMap = table;
  5.  
  6. //新容量=旧容量 * 2 + 1
  7. int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
  8. if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
  9. if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
  10. return;
  11. newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
  12. }
  13.  
  14. //新建一个size = newCapacity 的HashTable
  15. Entry<K,V>[] newMap = new Entry[];
  16.  
  17. modCount++;
  18. //重新计算阀值
  19. threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
  20. //重新计算hashSeed
  21. boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);
  22.  
  23. table = newMap;
  24. //将原来的元素拷贝到新的HashTable中
  25. for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
  26. for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
  27. Entry<K,V> e = old;
  28. old = old.next;
  29.  
  30. if (rehash) {
  31. e.hash = hash(e.key);
  32. }
  33. int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
  34. e.next = newMap[index];
  35. newMap[index] = e;
  36. }
  37. }
  38. }

在这个rehash()方法中我们可以看到容量扩大两倍+1,同时需要将原来HashTable中的元素一一复制到新的HashTable中,这个过程是比较消耗时间的,同时还需要重新计算hashSeed的,毕竟容量已经变了。这里对阀值啰嗦一下:比如初始值11、加载因子默认0.75,那么这个时候阀值threshold=8,当容器中的元素达到8时,HashTable进行一次扩容操作,容量 = 8 * 2 + 1 =17,而阀值threshold=17*0.75 = 13,当容器元素再一次达到阀值时,HashTable还会进行扩容操作,一次类推。

2、其实这里是我的一个疑问,在计算索引位置index时,HashTable进行了一个与运算过程(hash & 0x7FFFFFFF),为什么需要做一步操作,这么做有什么好处?如果哪位知道,望指导,LZ不胜感激!!下面是计算key的hash值,这里hashSeed发挥了作用。

  1. private int hash(Object k) {
  2. return hashSeed ^ k.hashCode();
  3. }

相对于put方法,get方法就会比较简单,处理过程就是计算key的hash值,判断在table数组中的索引位置,然后迭代链表,匹配直到找到相对应key的value,若没有找到返回null。

  1. public synchronized V get(Object key) {
  2. Entry tab[] = table;
  3. int hash = hash(key);
  4. int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
  5. for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
  6. if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
  7. return e.value;
  8. }
  9. }
  10. return null;
  11. }

四、HashTable与HashMap的区别

HashTable和HashMap存在很多的相同点,但是他们还是有几个比较重要的不同点。

第一:我们从他们的定义就可以看出他们的不同,HashTable基于Dictionary类,而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什么?它是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类,而AbstractMap是基于Map接口的骨干实现,它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。

第二:HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value,但是HashTable中的key和value都不允许为null。如下:

当HashMap遇到为null的key时,它会调用putForNullKey方法来进行处理。对于value没有进行任何处理,只要是对象都可以。

  1. if (key == null)
  2. return putForNullKey(value);

而当HashTable遇到null时,他会直接抛出NullPointerException异常信息。

  1. if (value == null) {
  2. throw new NullPointerException();
  3. }

第三:Hashtable的方法是同步的,而HashMap的方法不是。所以有人一般都建议如果是涉及到多线程同步时采用HashTable,没有涉及就采用HashMap,但是在Collections类中存在一个静态方法:synchronizedMap(),该方法创建了一个线程安全的Map对象,并把它作为一个封装的对象来返回,所以通过Collections类的synchronizedMap方法是可以我们你同步访问潜在的HashMap。这样君该如何选择呢???

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