Java集合框架 —— Hashtable

声明：本文使用JDK1.8，如果有错希望指出

在Java面试的时候，HashMap 和 Hashtable 经常被问，就想仔细分析下两者。

Java集合框架 —— HashMap

HashMap 和 Hashtable 的区别

HashMap 和 Hashtable 都是实现 Map 接口，两者主要的区别是线程安全性，同步，以及速度。

HashMap	Hashtable
键值接受null	键值对不能为null
非synchronized	Hashtable是synchronized，线程安全
单线程下HashMap的速度比Hashtable快	sychronized意味着在一次仅有一个线程能够更改Hashtable
迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器	Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的

因此仅在需要线程安全的时候使用Hashtable，而如果Java5以上，还是使用 ConcurrentHashMap。

Java并发容器 ——— ConcurrentHashMap。

源码分析

Hashtable 虽然不是继承于 AbstractMap，但它继承于 Dictionary(Dictionary 也是键值对的接口)，而且也实现Map接口；因此，Hashtable 的内容也是“键值对，也不保证次序”。但和 HashMap 相比，Hashtable 是线程安全的，而且它支持通过 Enumeration 去遍历。Hashtable 采用的是数组+链表实现。Hashtable 通过 synchronized 保证其的线程安全。

数据结构

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
    //
    private transient Entry<?,?>[] table;
    //元素个数
    private transient int count;
    //table数组扩容的节点数阈值，默认情况下为 8
    private int threshold;
    //负载因子，默认 0.75
    private float loadFactor;
    //
    private transient int modCount = 0;
    
    private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;

        protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key =  key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }

初始化构造

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];
    //比较 initialCapacity * loadFactor和MAX_ARRAY_SIZE + 1，去两者的最小值，默认情况下 扩容阈值为 8
    threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}
//默认负载因子 0.75
public Hashtable(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0.75f);
}
//默认容量11，负载因子0.75
public Hashtable() {
    this(11, 0.75f);
}

put() 操作

public synchronized V put(K key, V value) {
    // 限制 value不能为null
    if (value == null) {
        throw new NullPointerException();
    }

    Entry<?,?> tab[] = table;
    //如果key为null会报错，key也不能为null
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    //根据key的hash值寻址
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
    for(; entry != null ; entry = entry.next) {
        //如果已存在，替换旧的值，并返回旧的value
        if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
            V old = entry.value;
            entry.value = value;
            return old;
        }
    }
    //通过addEntry将新节点添加进链表
    addEntry(hash, key, value, index);
    return null;
}

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

    Entry<?,?> tab[] = table;
    //如果元素个数超过阈值threshold，进行扩容
    if (count >= threshold) {
        rehash();

        tab = table;
        hash = key.hashCode();
        index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    }
    //把新的节点房贷table[index]位置
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
    tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    count++;
}

扩容 rehash()

protected void rehash() {
    int oldCapacity = table.length;//获取旧容器的长度
    Entry<?,?>[] oldMap = table;//复制旧的map

    //oldCapacity << 1 向左移一位，相当于乘以2，最后还加上1
    int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
        if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
            // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
            return;
        newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];

    modCount++;
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    table = newMap;

    for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
        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;
        }
    }
}

get() 操作

public synchronized V get(Object key) {
    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.key.equals(key)) {
            return (V)e.value;
        }
    }
    return null;
}