HashMap与Hashtable的区别与联系

关键词：HashMap，Hashtable，Map接口，DIcitonary抽象类，线程安全，HashMap的源码，实现原理，底层结构。

1、HashMap与Hashtable的区别

1）Hashtable是线程安全，而HashMap则非线程安全

那是因为，Hashtable的底层实现，方法里面都加了synchronized关键字，如此确保了线程同步；因此相对来说，HashMap性能会高一些，平时开发中，若无特殊需求，推荐使用HashMap，在多线程环境下，推荐使用。如果使HashMap编程线程安全的，HashMapCollections.synchronizedMap()方法来获取一个线程安全的集合（Collections.synchronizedMap()实现原理是Collections定义了一个SynchronizedMap的内部类，这个类实现了Map接口，在调用方法时使用synchronized来保证线程同步,当然了实际上操作的还是我们传入的HashMap实例，简单的说就是Collections.synchronizedMap()方法帮我们在操作HashMap时自动添加了synchronized来实现线程同步，类似的其它Collections.synchronizedXX方法也是类似原理）

2）HashMap可使用null作为key，Hashtable不允许null作为key

虽说HashMap支持null值作为key，不过建议还是尽量避免这样使用，因为一旦不小心使用了，若因此引发一些问题，排查起来很是费事

HashMap以null作为key时，总是存储在table数组的第一个节点上

3）HashMap是对Map接口的实现，Hashtable对Map接口的实现和对Dictionary抽象类的继承

public class HashMap extends AbstractMap
    implements Map, Cloneable, Serializable {

    ...    

}

public class Hashtable
    extends Dictionary
    implements Map, Cloneable, java.io.Serializable{

    ...    

}

4）HashMap的初始容量是16，Hashtable初始容量是11，两者的填充因子默认都是0.75

HashMap扩容时是当前容量翻倍即:capacity*2，Hashtable扩容时是容量翻倍+1即:capacity*2+1

5）HashMap与Hashtable计算hash的是方法不同

Hashtable计算hash是直接使用key的hashcode对table数组的长度直接进行取模

int hash = key.hashCode();

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

HashMap计算hash对key的hashcode进行了二次hash，以获得更好的散列值，然后对table数组长度取摸

static int hash(int h) {

    // This function ensures that hashCodes that differ only by

    // constant multiples at each bit position have a bounded

    // number of collisions (approximately 8 at default load factor).

    h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

    return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

}



static int indexFor(int h, int length) {

    return h & (length-1);

}

 

HashMap和Hashtable的底层实现都是数组+链表结构实现

 

HashSet和HashMap、Hashtable的区别

除开HashMap和Hashtable外，还有一个hash集合HashSet，有所区别的是HashSet不是key value结构，仅仅是存储不重复的元素，相当于简化版的HashMap，只是包含HashMap中的key而已。

 

通过查看源码也证实了这一点，HashSet内部就是使用HashMap实现，只不过HashSet里面的HashMap所有的value都是同一个Object而已，因此HashSet也是非线程安全的，至于HashSet和Hashtable的区别，HashSet就是个简化的HashMap的，所以你懂的。

 

下面是HashSet几个主要方法的实现

private transient HashMap map;

private static final Object PRESENT = new Object();



public HashSet() {

    map = new HashMap();

}

public boolean contains(Object o) {

    return map.containsKey(o);

}

public boolean add(E e) {

    return map.put(e, PRESENT)==null;

}

public boolean add(E e) {

    return map.put(e, PRESENT)==null;

}

public boolean remove(Object o) {

    return map.remove(o)==PRESENT;

}



public void clear() {

    map.clear();

}

 

2、HashMap和Hashtable的实现原理

HashMap和Hashtable的底层实现，都是数组+链表结构。

添加、删除、获取元素时都是先计算hash，根据hash和table.length计算index也就是table数组的下标，然后进行相应操作，下面以HashMap为例说明下它的简单实现

/**

 * HashMap的默认初始容量 必须为2的n次幂

 */

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;



/**

 * HashMap的最大容量，可以认为是int的最大值    

 */

static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;



/**

 * 默认的加载因子

 */

static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;



/**

 * HashMap用来存储数据的数组

 */

transient Entry[] table;



HashMap的创建

HashMap默认初始化时会创建一个默认容量为16的Entry数组，默认加载因子为0.75，同时设置临界值为16*0.75



/**

 * Constructs an empty HashMap with the default initial capacity

 * (16) and the default load factor (0.75).

 */

public HashMap() {

    this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;

    threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);

    table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];

    init();

}

put方法

HashMap会对null值key进行特殊处理，总是放到table[0]位置，其hash为0

 static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

put过程是先计算hash然后通过hash与table.length取摸计算index值，然后将key放到table[index]位置，当table[index]已存在其它元素时，会在table[index]位置形成一个链表，将新添加的元素放在table[index]，原来的元素通过Entry的next进行链接，这样以链表形式解决hash冲突问题，当元素数量达到临界值(capactiy*factor)时，则进行扩容，是table数组长度变为table.length*2

    public V put(K key, V value) {

        if (key == null)

            return putForNullKey(value); //处理null值

        int hash = hash(key.hashCode());//计算hash

        int i = indexFor(hash, table.length);//计算在数组中的存储位置

        //遍历table[i]位置的链表，查找相同的key，若找到则使用新的value替换掉原来的oldValue并返回    oldValue

        for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {

            Object k;

            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {

                V oldValue = e.value;

                e.value = value;

                e.recordAccess(this);

                return oldValue;

            }

        }

        //若没有在table[i]位置找到相同的key，则添加key到table[i]位置，新的元素总是在table[i]位置的第一个元素，原来的元素后移

        modCount++;

        addEntry(hash, key, value, i);

        return null;

    }


    void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {

        //添加key到table[bucketIndex]位置，新的元素总是在table[bucketIndex]的第一个元素，原来的元素后移

        Entry e = table[bucketIndex];

        table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e);

        //判断元素个数是否达到了临界值，若已达到临界值则扩容，table长度翻倍

        if (size++ >= threshold)

            resize(2 * table.length);

    }

 

get方法

同样当key为null时会进行特殊处理，在table[0]的链表上查找key为null的元素

get的过程是先计算hash然后通过hash与table.length取摸计算index值，然后遍历table[index]上的链表，直到找到key，然后返回

public V get(Object key) {

        if (key == null)

            return getForNullKey();//处理null值

        int hash = hash(key.hashCode());//计算hash

        //在table[index]遍历查找key，若找到则返回value，找不到返回null

        for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next){

            Object k;

            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))

                return e.value;

        }

        return null;

}

 

remove方法

remove方法和put get类似，计算hash，计算index，然后遍历查找，将找到的元素从table[index]链表移除

 public V remove(Object key) {

        Entry e = removeEntryForKey(key);

        return (e == null ? null : e.value);

    }

    final Entry removeEntryForKey(Object key) {

        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());

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

        Entry prev = table[i];

        Entry e = prev;


        while (e != null) {

            Entry next = e.next;

            Object k;

            if (e.hash == hash &&

                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {

                modCount++;

                size--;

                if (prev == e)

                    table[i] = next;

                else

                    prev.next = next;

                e.recordRemoval(this);

                return e;

            }

            prev = e;

            e = next;

        }


        return e;

    }

resize方法

resize方法在hashmap中并没有公开，这个方法实现了非常重要的hashmap扩容，具体过程为：先创建一个容量为table.length*2的新table，修改临界值，然后把table里面元素计算hash值并使用hash与table.length*2重新计算index放入到新的table里面。

这里需要注意下是用每个元素的hash全部重新计算index，而不是简单的把原table对应index位置元素简单的移动到新table对应位置

    void resize(int newCapacity) {

        Entry[] oldTable = table;

        int oldCapacity = oldTable.length;

        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {

            threshold = Integer.MAX_VALUE;

            return;

        }


        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];

        transfer(newTable);

        table = newTable;

        threshold = (int) (newCapacity * loadFactor);

    }


    void transfer(Entry[] newTable) {

        Entry[] src = table;

        int newCapacity = newTable.length;

        for (int j = 0; j < src.length; j++) {

            Entry e = src[j];

            if (e != null) {

                src[j] = null;        

                do {

                    Entry next = e.next;

                    //重新对每个元素计算index

                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);

                    e.next = newTable[i];

                    newTable[i] = e;

                    e = next;

                } while (e != null);

            }

        }

    }

clear()方法

clear方法非常简单，就是遍历table然后把每个位置置为null，同时修改元素个数为0，需要注意的是clear方法只会清楚里面的元素，并不会重置capactiy。

public void clear() {

        modCount++;

        Entry[] tab = table;

        for (int i = 0; i < tab.length; i++)

            tab[i] = null;

        size = 0;

    }

containsKey和containsValue

containsKey方法是先计算hash然后使用hash和table.length取摸得到index值，遍历table[index]元素查找是否包含key相同的值

   public boolean containsKey(Object key) {

       return getEntry(key) != null;

   }

    final Entry getEntry(Object key) {

        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());

        for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {

            Object k;

            if (e.hash == hash &&

                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))

                return e;

        }

        return null;

    }

 

containsValue方法就比较粗暴了，就是直接遍历所有元素直到找到value，由此可见HashMap的containsValue方法本质上和普通数组和list的contains方法没什么区别，你别指望它会像containsKey那么高效

    public boolean containsValue(Object value) {

        if (value == null)

            return containsNullValue();


        Entry[] tab = table;

        for (int i = 0; i < tab.length; i++)

            for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next)

                if (value.equals(e.value))

                    return true;

        return false;

    }

 

hash和indexFor

indexFor中的h & (length-1)就相当于h%length，用于计算index也就是在table数组中的下标

hash方法是对hashcode进行二次散列，以获得更好的散列值

 

为了更好理解这里我们可以把这两个方法简化为 int index= key.hashCode()/table.length,以put中的方法为例可以这样替换

int hash = hash(key.hashCode());//计算hash

int i = indexFor(hash, table.length);//计算在数组中的存储位置

//上面这两行可以这样简化

int i = key.key.hashCode()%table.length;

  static int hash(int h) {

        // This function ensures that hashCodes that differ only by

        // constant multiples at each bit position have a bounded

        // number of collisions (approximately 8 at default load factor).

        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);

        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);

    }


    static int indexFor(int h, int length) {

        return h & (length - 1);

    }