终于有人把HashTable这种数据结构讲清楚了！
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2020-12-03 13:49
概论
HashTable是遗留类，很多映射的常用功能与HashMap类似，不同的是它承自Dictionary类，并且是线程安全的，并发性不如ConcurrentHashMap，因为ConcurrentHashMap引入了分段锁。
Hashtable不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用HashMap替换，需要线程安全的场合可以用ConcurrentHashMap替换。
对比HashMap 的初始容量
默认11 的初始容量
需要注意的是Hashtable的默认初始容量大小是11，而HashMap 是16,但是他们的加载因子都是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 HashMap with the default initial capacity
* (16) and the default load factor (0.75).
*/
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
}
任意指定非负的容量
还有一点就是Hashtable的initialCapacity 也就是初始容量是是可以是你指定的任何非负整数，也就是你给它设置个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听话了，默认情况下，当我们设置HashMap的初始化容量时，实际上HashMap会采用第一个大于该数值的2的幂作为初始化容量(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);
}
对比HashMap 的 对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 entry = (Entry)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;
}
聪明的你们发现了吗，上面值检测了value ==null 则抛出NPE 但是没有说key 啊，因为如果key 是null 的话，key.hashCode()则会抛出异常，根本不需要判断，但是value 就不会抛出来
但是需要注意的实HashMap 对null 值虽然支持，但是可以从hash值的计算方法中看出，
static final int hash(Object key) {
int h;
return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}
升级HashTable 使其支持null 做value
大部分代码都是直接copy 的HashTable，只去掉了value 的空值检测
public class BuerHashTable<K, V> extends Hashtable<K, V> {
// ..... 省略了部分代码，直接copy HashTable 的即可，主要是BuerHashTable.Entry 的定义和构造方法
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 entry = (Entry)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 e = (BuerHashTable.Entry) tab[index];
tab[index] = new BuerHashTable.Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
}
}
接下来，就可以将null 值作为value 存入BuerHashTable 了
BuerHashTable buerHashTable = new BuerHashTable<>();
buerHashTable.put("a", null);
对比 HashTable 的继承关系
Dictionary
这个类是HashTable特有继承的，HashMap 是没有继承的，但是这个抽象类其实是没有多大意义的,因为它的方法都在Map接口中有，其实这个就是个历史问题了，因为Map接口是在Java1.2 中才加进去的，而Dictionary抽象类在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 keys() ;
abstract public Enumeration elements() ;
abstract public V get(Object key);
/**
* @exception NullPointerException if the key or
*/
abstract public V put(K key, V value);
abstract public V remove(Object key);
}
这个地方的NullPointerException 对应的就是HashTable 中put 方法中的null 值检测
最后一点就是Dictionary 抽象类上的注释，新的实现应该实现Map 接口而不是该抽象类
NOTE: This class is obsolete. New implementations should implement the Map interface, rather than extending this class
其实HashMap更准确地说是继承自AbstractMap类，而不是直接实现了Map 接口，所以要是Dictionary这个抽象类要是实现的实Map 接口，那HashMap和Hashtable 就在继承关系上保持一致了
Hashtable
线程安全
其实HashTable 没有那么多要说的，比较重要的一点就是线程安全，但是这个线程安全的实现方式就是所有的操作都加了synchronized关键字，哈哈！关于synchronized 我们后面会说
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 是线程不安全的
contains方法
HashMap中没有Hashtable中的contains方法，只有containsValue和containsKey，因为contains方法容易让人引起误解。
Hashtable则保留了contains，containsValue和containsKey三个方法，其中contains和containsValue功能相同。
debug 源码 put 方法
public synchronized V put(K key, V value) {
// Make sure the value is not null 确保value 不是null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// Makes sure the key is not already in the hashtable.
// 这里的英文注释很有意思啊，就是告诉你确保key 不存在，存在咋地，覆盖又咋地
Entry tab[] = table;
// 哈希值的计算不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值(高16位异或低16位)
int hash = key.hashCode();
// 计算下标 HashMap 是计算key的hash再与tab.length-1进行与运算；
// HashTable则是key的hash值与0x7FFFFFFF进行与运算，然后再对tab.length取模
// 先hash&0x7FFFFFFF后，再对length取模，与0x7FFFFFFF的目的是为了将负的hash值转化为正值，因为hash值有可能为负数，而&0x7FFFFFFF后，只有符号外改变，而后面的位都不变
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
// 确定 index 位置上的链表头，这里主要是遍历链表找到key 值相等的节点，然后返回old value，这样的话就不用添加新值
// 也就是不用调用addEntry 方法
Entry entry = (Entry)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;
}
}
// 链表中不存在，则添加新值
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;
// 判断是否要扩容
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 e = (Entry) tab[index];
// e 也就是 tab[index] 是这个链表的头结点， tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e); 也就是将元素添加到链表的头部，e 做为new Entry<>(hash, key, value, e)的next 节点
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
}
这里我们对比一下HashMap 的添加方法,很明显别人都是添加的链表尾部的，因为HashTable 是线程安全的，在这个前提下，使用头查法性能更好，否则还有遍历到链表的尾部插入
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;
}
最后我们再看一下扩容的方法
@SuppressWarnings("unchecked")
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry[] oldMap = table;
// overflow-conscious code
// 扩容成2倍+1
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
// 这里判断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;
}
// 创建新的数组
Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
modCount++;
// 更新 threshold
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
table = newMap;
// 数据迁移，遍历数组
for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
// for 循环的方式遍历链表
for (Entry old = (Entry)oldMap[i] ; old != null ; ) {
Entry e = old;
old = old.next;
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = (Entry)newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}
总结
需要注意的是Hashtable的默认初始容量大小是11，而HashMap 是16,但是他们的加载因子都是0.75f
HashTable的初始容量可以使任何非负整数，但是HashMap会采用第一个大于该数值的2的幂作为初始化容量(0 1 除外，都是 1)
HashTable的线程安全是完全借助synchronized 的加持
HashTable 的元素是头插法，也就是插入到链表的头部，因为HashTable 是线程安全的，在这个前提下，使用头查法性能更好，否则还有遍历到链表的尾部插入
HashTable 是没有红黑树支持的，就是不论链表的长度有多长，都不会转化成红黑树
哈希值的计算不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值(高16位异或低16位)，并且HashMap 支持key 为null 就是在这里的
Hashtable扩容时，将容量变为原来的2倍加1，而HashMap扩容时，将容量变为原来的2倍。
你觉得HashTable 还有什么可以改进的地方吗，欢迎讨论
和上一节一样这里我依然给出这个思考题，虽然我们的说法可能不对，可能我们永远也站不到源代码作者当年的高度，但是我们依然积极思考，大胆讨论
虽然java 源代码的山很高，如果你想跨越，至少你得有登山的勇气，这里我给出自己的一点点愚见，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) {
// 记录修改，快速失败
modCount++;
Entry tab[] = table;
// count 实际存储的key-value 数目，在HashMap 中用size 表示
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
// 咋地，数组扩容之后key 的hash值会变吗，你还有重新计算一下
hash = key.hashCode();
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// Creates the new entry.
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry e = (Entry) tab[index];
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
}
当然这只是小问题，但是也有很多其他小问题，例如求index 时候的计算方式是直接取模，而不是用与运算，它最大的问题在设计上，例如hash值的计算方式就没有HashMap 设计的好，还有就是没有红黑树的支持，还有就是线程安全的实现方式也不高效，所以我们说它好像是遗留类,HashTable 在Java1.0 时代就存在了，而HashMap才是Java1.2才有的