HashMap和HashTable的区别
HashMap和Hashtable都实现了Map接口,主要的区别有：线程安全性，同步(synchronization)，以及速度
1.从类继承和接口实现比较，HashTable除了实现Map接口，还继承了Dictionary
public class Hashtable
extends Dictionary
implements Map, Cloneable, java.io.Serializable {}
public class HashMap extends AbstractMap
implements Map, Cloneable, Serializable {}
- HashMap几乎可以等价于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并可以接受null(HashMap可以接受为null的键值(key)和值(value)，而Hashtable则不行)
- Hashtable是synchronized，这意味着Hashtable是线程安全的，多个线程可以共享一个Hashtable；而如果没有正确的同步的话，多个线程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的扩展性更好。
- 另一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器
package java.util;
public interface Enumeration {
boolean hasMoreElements();
E nextElement();
}
package java.util;
public interface Iterator {
boolean hasNext();
E next();
void remove();
}
- 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进行put操作时，会重新计算key的hashcode，(JDK1.8)将元素放到链表的末尾（如果是JDK1.7，新元素会插在头部）；HashTable进行put操作时，会直接采用Key的hashCode，将元素插到链表头部
// 基于JDK 1.8版本的代码
// HashTable put方法
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;
}
// HashMap put方法
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node[] tab; Node p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
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;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
- HashMap初始容量默认为16，进行resize的时候，直接将容量扩大一倍；HashTable初始容量是11，resize时直接将容量扩大一倍再加一
HashMap和HashSet的区别
HashSet本质上是基于HashMap实现的，HashSet只存储Key，内部使用HashMap的put方法，value是一个Object对象（PRESENT），所以当出现key相同时是不会进行覆盖操作的
但是HashSet实现的时Set接口，HashMap实现的是Map接口
public class HashSet
extends AbstractSet
implements Set, Cloneable, java.io.Serializable
{
static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
private transient HashMap map;
// Dummy value to associate with an Object in the backing Map
private static final Object PRESENT = new Object();
/**
* Constructs a new, empty set; the backing HashMap instance has
* default initial capacity (16) and load factor (0.75).
*/
public HashSet() {
map = new HashMap<>();
}
// something....
}
HashMap和ConcurrentHashMap
- HashMap不是线程安全的，concurrentHashMap是线程安全的
- concurrentHashMap采用更细粒度的锁，它将整个hash桶进行分段segment，也就是将这个大的数组分成了几个小的segment，每个小的segment上都有锁存在，插入数据时就需要先找到应该插入那个segment，然后再在这上面插入
HashMap原理
JDK 1.8之前HashMap实际上是一个“链表散列”的数据结构，即数组和链表的结合体
JDK 1.8 中引入了 红黑树（查找时间复杂度为 O(logn)）
hashMap结构
// JDK hashMAp 源码
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);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)Math.min(capacity * loadFactor, MAXIMUM_CAPACITY + 1);
table = new Entry[capacity];
useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
init();
}
put
往 HashMap 中 put 元素的时候，先根据 key 的 hashCode 重新计算 hash 值，根据 hash 值得到这个元素在数组中的位置（即下标），如果数组该位置上已经存放有其他元素了，那么在这个位置上的元素将以链表的形式存放，JDK1.8中新加入的放在链尾，最先加入的放在链头，1.8之前的相反。如果数组该位置上没有元素，就直接将该元素放到此数组中的该位置上。
// JDK1.6版本源码，1.8源码见上文
public V put(K key, V value) {
//其允许存放null的key和null的value，当其key为null时，调用putForNullKey方法，放入到table[0]的这个位置
if (key == null)
return putForNullKey(value);
//通过调用hash方法对key进行哈希，得到哈希之后的数值。该方法实现可以通过看源码，其目的是为了尽可能的让键值对可以分不到不同的桶中
int hash = hash(key);
//根据上一步骤中求出的hash得到在数组中是索引i
int i = indexFor(hash, table.length);
//如果i处的Entry不为null，则通过其next指针不断遍历e元素的下一个元素。
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;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
get
从 HashMap 中 get 元素时，首先计算 key 的 hashCode，找到数组中对应位置的某一元素，然后通过 key 的 equals 方法在对应位置的链表中找到需要的元素。
// JDK 1.8源码
public V get(Object key) {
Node e;
return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
}
final Node getNode(int hash, Object key) {
Node[] tab; Node first, e; int n; K k;
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
if (first.hash == hash && // always check first node
((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return first;
if ((e = first.next) != null) {
if (first instanceof TreeNode)
return ((TreeNode)first).getTreeNode(hash, key);
do {
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
return e;
} while ((e = e.next) != null);
}
}
return null;
}
HashMap 的 resize（rehash）
当 HashMap 中的元素越来越多的时候，hash 冲突的几率也就越来越高，因为数组的长度是固定的。所以为了提高查询的效率，就要对 HashMap 的数组进行扩容，数组扩容这个操作也会出现在 ArrayList 中，这是一个常用的操作，而在 HashMap 数组扩容之后，最消耗性能的点就出现了：原数组中的数据必须重新计算其在新数组中的位置，并放进去，这就是 resize。
那么 HashMap 什么时候进行扩容呢？当 HashMap 中的元素个数超过数组大小时，就会进行数组扩容，loadFactor的默认值为 0.75，这是一个折中的取值。也就是说，默认情况下，数组大小为 16，那么当 HashMap 中元素个数超过 的时候，就把数组的大小扩展为 ，即扩大一倍，然后重新计算每个元素在数组中的位置，而这是一个非常消耗性能的操作，所以如果我们已经预知 HashMap 中元素的个数，那么预设元素的个数能够有效的提高 HashMap 的性能。
HashMap 在 JDK 1.8 中新增的数据结构 – 红黑树
链表长度大于8时转为红黑树
JDK 1.7 ConcurrentHashMap
因为多线程环境下，使用Hashmap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，所以在并发情况下不能使用HashMap。
concurrentHashMap结构示意图
- ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。
- Segment是一种可重入锁ReentrantLock，在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色，HashEntry则用于存储键值对数据。
- 一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组，Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构， 一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素， 每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素,当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得它对应的Segment锁。
static class Segment extends ReentrantLock implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;
final float loadFactor;
Segment(float lf) { this.loadFactor = lf; }
}
ConcurrentHashMap不允许key或者value为空
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
JDK 1.8 ConcurrentHashMap
放弃了segment的设计，取而代之的是Node+CAS+Synchronized来保证并发安全。只有在执行第一次put方法时，才会调用initTable（）初始化Node数组。