JAVA容器-HashTable

 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：

 public class Hashtable
     extends Dictionary
     implements Map, 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。

 public Hashtable() {
         this(11, 0.75f);
     }

        默认构造函数，容量为11，加载因子为0.75。

 public Hashtable(int initialCapacity) {
         this(initialCapacity, 0.75f);
     }

        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。

 public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
         //验证初始容量
         if (initialCapacity < 0)
             throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                                initialCapacity);
         //验证加载因子
         if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
             throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);

         if (initialCapacity==0)
             initialCapacity = 1;

         this.loadFactor = loadFactor;

         //初始化table，获得大小为initialCapacity的table数组
         table = new Entry[initialCapacity];
         //计算阀值
         threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
         //初始化HashSeed值
         initHashSeedAsNeeded(initialCapacity);
     }

        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。

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

        构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。

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

        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。

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

         /*
          * 确保key在table[]是不重复的
          * 处理过程：
          * 1、计算key的hash值，确认在table[]中的索引位置
          * 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
          */
         Entry tab[] = table;
         int hash = hash(key);    //计算key的hash值
         int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;     //确认该key的索引位置
         //迭代，寻找该key，替换
         for (Entry 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;
             }
         }

         modCount++;
         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
             rehash();
             tab = table;
             hash = hash(key);
             index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
         }

         // 在索引位置处插入一个新的节点
         Entry e = tab[index];
         tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
         //容器中元素+1
         count++;
         return null;
     }

        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:

 protected void rehash() {
         int oldCapacity = table.length;
         //元素
         Entry[] oldMap = table;

         //新容量=旧容量 * 2 + 1
         int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
         if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
             if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
                 return;
             newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
         }

         //新建一个size = newCapacity 的HashTable
         Entry[] newMap = new Entry[];

         modCount++;
         //重新计算阀值
         threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
         //重新计算hashSeed
         boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);

         table = newMap;
         //将原来的元素拷贝到新的HashTable中
         for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
             for (Entry old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
                 Entry e = old;
                 old = old.next;

                 if (rehash) {
                     e.hash = hash(e.key);
                 }
                 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
                 e.next = newMap[index];
                 newMap[index] = e;
             }
         }
     }

        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。

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

        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。

 public synchronized V get(Object key) {
         Entry tab[] = table;
         int hash = hash(key);
         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 e.value;
             }
         }
         return null;
     }

        四、HashTable与HashMap的区别

1.Hashtable的方法是同步的，HashMap未经同步，所以在多线程场合要手动同步HashMap这个区别就像Vector和ArrayList一样。

查看Hashtable的源代码就可以发现，除构造函数外，Hashtable的所有 public 方法声明中都有 synchronized 关键字，而HashMap的源代码中则连 synchronized 的影子都没有，当然，注释除外。

2.Hashtable不允许 null 值(key 和 value 都不可以)，HashMap允许 null 值(key和value都可以)。

先看个Hashtable正常输出的示例：

 Hashtable table = new Hashtable();
 table.put("a-key", "a-value");
 table.put("b-key", "b-value");
 table.put("c-key", "c-value");

输出如下：

 a-key - a-value
 c-key - c-value
 b-key - b-value

再看个Hashtable拒绝null的示例：

 table.put(null, "a-value");

运行之后异常如下：

 Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
 at java.util.Hashtable.put(Hashtable.java:399)
 at com.darkmi.sandbox.HashtableTest.main(HashtableTest.java:20)

HashMap示例：

 HashMap map = new HashMap();
 map.put(null, "a-value");
 map.put("b-key", null);
 map.put("c-key", null);

 

运行之后，输出如下：

 b-key - null
 null - a-value
 c-key - null

 

PS:从上面的示例我们倒是可以发现Hashtable与HashMap相同的一点：无序存放。

3.两者的遍历方式大同小异，Hashtable仅仅比HashMap多一个elements方法。

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

Hashtable 和 HashMap 都能通过values()方法返回一个 Collection ，然后进行遍历处理：

 Collection coll = map.values();
 Iterator it = coll.iterator();
 while (it.hasNext()) {
 String obj = (String) it.next();
 System.out.println(obj);
 }

 

两者也都可以通过 entrySet() 方法返回一个 Set ， 然后进行遍历处理：

 Set set = table.entrySet();
 Iterator it = set.iterator();
 while (it.hasNext()) {
 Entry entry = (Entry) it.next();
 System.out.println(entry.getKey() + " - " + entry.getValue());

 }

 

4.HashTable使用Enumeration，HashMap使用Iterator

 

以下这两点是从内部实现机制上来进行比较，

了解即可：

5.哈希值的使用不同，Hashtable直接使用对象的hashCode，代码是这样的：

 int hash = key.hashCode();
 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

 

而HashMap重新计算hash值，而且用与代替求模：

 int hash = hash(k);
 int i = indexFor(hash, table.length);

 static int hash(Object x) {
 　　int h = x.hashCode();

 　　h += ~(h << 9);
 　　h ^= (h >>> 14);
 　　h += (h << 4);
 　　h ^= (h >>> 10);
 　　return h;
 }

 static int indexFor(int h， int length) {
 　　return h & (length-1);

 

6.Hashtable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 old*2+1。HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。