HashMap和Hashtable的区别

HashMap和Hashtable的比较是Java面试中的常见问题，用来考验程序员是否能够正确使用集合类以及是否可以随机应变使用多种思路解决问题。HashMap的工作原理、ArrayList与Vector的比较以及这个问题是有关Java 集合框架的最经典的问题。Hashtable是个过时的集合类，存在于Java API中很久了。在Java 4中被重写了，实现了Map接口，所以自此以后也成了Java集合框架中的一部分。Hashtable和HashMap在Java面试中相当容易被问到，甚至成为了集合框架面试题中最常被考的问题，所以在参加任何Java面试之前，都不要忘了准备这一题。

这篇文章中，我们不仅将会看到HashMap和Hashtable的区别，还将看到它们之间的相似之处。

HashMap和Hashtable的区别

HashMap和Hashtable都实现了Map接口，但决定用哪一个之前先要弄清楚它们之间的分别。主要的区别有：线程安全性，同步(synchronization)，以及速度。

• 继承的父类不同
  Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap继承自AbstractMap类。但二者都实现了Map接口。

• 对null对象的支持不同
  HashMap是支持null键和null值的，而HashTable在遇到null时，会抛出NullPointerException异常。这并不是因为HashTable有什么特殊的实现层面的原因导致不能支持null键和null值，这仅仅是因为HashMap在实现时对null做了特殊处理，将null的hashCode值定为了0，从而将其存放在哈希表的第0个bucket中。

• 容量大小及扩容方式不同
  HashMap和HashTable都使用哈希表来存储键值对。在数据结构上是基本相同的，都创建了一个继承自Map.Entry的私有的内部类Entry，每一个Entry对象表示存储在哈希表中的一个键值对。
  Entry对象唯一表示一个键值对，有四个属性：
  -K key 键对象
  -V value 值对象
  -int hash 键对象的hash值
  -Entry entry 指向链表中下一个Entry对象，可为null，表示当前Entry对象在链表尾部。
  HashMap/HashTable内部用Entry数组实现哈希表，而对于映射到同一个哈希桶（数组的同一个位置）的键值对，使用Entry链表来存储。
  HashMap/HashTable初始容量大小和每次扩充容量大小的不同：HashTable默认的初始大小为11，之后每次扩充为原来的2n+1。HashMap默认的初始化大小为16，之后每次扩充为原来的2倍。如果在创建时给定了初始化大小，那么HashTable会直接使用你给定的大小，而HashMap会将其扩充为2的幂次方大小。

• 线程安全性不同
  HashTable是同步的（原因：公开的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍历视图比如keySet都使用了Collections.synchronizedXXX进行了同步包装），HashMap不是，也就是说HashTable在多线程使用的情况下，不需要做额外的同步，而HashMap则不行。
  由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap速度要慢。
  如果要保持线程安全可以选用ConcurrentHashMap，ConcurrentHashMap引入了分割(segmentation)，不论它变得多么大，仅仅需要锁定map的某个部分，而其它的线程不需要等到迭代完成才能访问map。Hashtable则会锁定整个map，Hashtable的大小增加到一定的时候，性能会急剧下降，因为迭代时需要被锁定很长的时间。简而言之，在迭代的过程中，ConcurrentHashMap仅仅锁定map的某个部分，而Hashtable则会锁定整个map，ConcurrentHashMap比Hashtable高效。

• Hash值不同
  Hashtable计算hash值，直接用key的hashCode()，而HashMap重新计算了key的hash值，Hashtable在求hash值对应的位置索引时，用取模运算，而HashMap在求位置索引时，则用与运算，且这里一般先用hash&0x7FFFFFFF后，再对length取模，&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，只有符号位改变，而后面的位都不变。

• 迭代器不同
  HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以当有其它线程改变了HashMap的结构（增加或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看JVM。这条同样也是Enumeration和Iterator的区别。

由于Hashtable是线程安全的也是synchronized，所以在单线程环境下它比HashMap要慢。如果你不需要同步，只需要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

要注意的一些重要术语：

• sychronized意味着在一次仅有一个线程能够更改Hashtable。就是说任何线程要更新Hashtable时要首先获得同步锁，其它线程要等到同步锁被释放之后才能再次获得同步锁更新Hashtable。

• Fail-safe和iterator迭代器相关。如果某个集合对象创建了Iterator或者ListIterator，然后其它的线程试图“结构上”更改集合对象，将会抛出ConcurrentModificationException异常。但其它线程可以通过set()方法更改集合对象是允许的，因为这并没有从“结构上”更改集合。但是假如已经从结构上进行了更改，再调用set()方法，将会抛出IllegalArgumentException异常。

• 结构上的更改指的是删除或者插入一个元素，这样会影响到map的结构。

Fail-fast与Fail-safe比较

什么是 fail-fast 机制?

fail-fast机制在遍历一个集合时，当集合结构被修改，会抛出Concurrent Modification Exception。

fail-fast会在以下两种情况下抛出ConcurrentModificationException

• 单线程环境

集合被创建后，在遍历它的过程中修改了结构。

注意 remove()方法会让expectModcount和modcount 相等，所以是不会抛出这个异常。

• 多线程环境

当一个线程在遍历这个集合，而另一个线程对这个集合的结构进行了修改。

注意，迭代器的快速失败行为无法得到保证，因为一般来说，不可能对是否出现不同步并发修改做出任何硬性保证。快速失败迭代器会尽最大努力抛出 ConcurrentModificationException。因此，为提高这类迭代器的正确性而编写一个依赖于此异常的程序是错误的做法：迭代器的快速失败行为应该仅用于检测 bug。

fail-fast机制是如何检测的？

迭代器在遍历过程中是直接访问内部数据的，因此内部的数据在遍历的过程中无法被修改。为了保证不被修改，迭代器内部维护了一个标记 “mode” ，当集合结构改变（添加删除或者修改），标记"mode"会被修改，而迭代器每次的hasNext()和next()方法都会检查该"mode"是否被改变，当检测到被修改时，抛出Concurrent Modification Exception。
下面看看ArrayList迭代器部分的源码。

private class Itr implements Iterator {  
        int cursor;  
        int lastRet = -1;  
        int expectedModCount = ArrayList.this.modCount;  
  
        public boolean hasNext() {  
            return (this.cursor != ArrayList.this.size);  
        }  
  
        public E next() {  
            checkForComodification();  
            /** 省略此处代码 */  
        }  
  
        public void remove() {  
            if (this.lastRet < 0)  
                throw new IllegalStateException();  
            checkForComodification();  
            /** 省略此处代码 */  
        }  
  
        final void checkForComodification() {  
            if (ArrayList.this.modCount == this.expectedModCount)  
                return;  
            throw new ConcurrentModificationException();  
        }  
    }  

可以看到它的标记“mode”为 expectedModeCount。

fail-safe机制

fail-safe任何对集合结构的修改都会在一个复制的集合上进行修改，因此不会抛出ConcurrentModificationException。

fail-safe机制有两个问题

• 需要复制集合，产生大量的无效对象，开销大。

• 无法保证读取的数据是目前原始数据结构中的数据。

fail-fast和 fail-safe 的区别

区别	Fail Fast Iterator	Fail Safe Iterator	Enumeration
Throw ConcurrentModification Exception	Yes	No	No
Clone object	No	Yes	Yes
Memory Overhead	No	Yes	Yes
Examples	HashMap,Vector,ArrayList,HashSet	CopyOnWriteArrayList,ConcurrentHashMap	Vector,Hashtable

Iterator和 Enumeration 的区别

• 函数接口不同
  Enumeration只有2个函数接口。通过Enumeration，我们只能读取集合的数据，而不能对数据进行修改。
  Iterator只有3个函数接口。Iterator除了能读取集合的数据之外，也能数据进行删除操作。
• Iterator支持fail-fast机制，而Enumeration不支持。
  Enumeration 是JDK 1.0添加的接口。使用到它的函数包括Vector、Hashtable等类，这些类都是JDK 1.0中加入的，Enumeration存在的目的就是为它们提供遍历接口。Enumeration本身并没有支持同步，而在Vector、Hashtable实现Enumeration时，添加了同步。
  而Iterator 是JDK 1.2才添加的接口，它也是为了HashMap、ArrayList等集合提供遍历接口。Iterator是支持fail-fast机制的：当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生fail-fast事件。

我们能否让HashMap同步？

HashMap可以通过下面的语句进行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

结论

Hashtable和HashMap有几个主要的不同：线程安全以及速度。仅在你需要完全的线程安全的时候使用Hashtable，而如果你使用Java 5或以上的话，请使用ConcurrentHashMap吧。