Java集合学习3：Hashtable的实现原理
概述
和HashMap一样，Hashtable也是一个散列表，它存储的内容是键值对。
Hashtable在Java中的定义为：1
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3public class Hashtable<K,V>
extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable{}
从源码中，我们可以看出，Hashtable继承于Dictionary类，实现了Map, Cloneable, java.io.Serializable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，每个键和值都是对象（源码注释为：The Dictionary class is the abstract parent of any class, such as Hashtable, which maps keys to values. Every key and every value is an object.）。但在这一点我开始有点怀疑，因为我查看了HashMap以及TreeMap的源码，都没有继承于这个类。不过当我看到注释中的解释也就明白了，其Dictionary源码注释是这样的：NOTE: This class is obsolete. New implementations should implement the Map interface, rather than extending this class. 该话指出Dictionary这个类过时了，新的实现类应该实现Map接口。
Hashtable源码解读
成员变量
Hashtable是通过”拉链法”实现的哈希表。它包括几个重要的成员变量：table, count, threshold, loadFactor, modCount。
- table是一个Entry[]数组类型，而Entry（在HashMap中有讲解过）实际上就是一个单向链表。哈希表的”key-value键值对”都是存储在Entry数组中的。
- count是Hashtable的大小，它是Hashtable保存的键值对的数量。
- threshold是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就是加载因子。
- modCount是用来实现fail-fast机制的。
关于变量的解释在源码注释中都有，最好还是应该看英文注释。1
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33/**
* The hash table data.
*/
private transient Entry<K,V>[] table;
/**
* The total number of entries in the hash table.
*/
private transient int count;
/**
* The table is rehashed when its size exceeds this threshold. (The
* value of this field is (int)(capacity * loadFactor).)
*
* @serial
*/
private int threshold;
/**
* The load factor for the hashtable.
*
* @serial
*/
private float loadFactor;
/**
* The number of times this Hashtable has been structurally modified
* Structural modifications are those that change the number of entries in
* the Hashtable or otherwise modify its internal structure (e.g.,
* rehash). This field is used to make iterators on Collection-views of
* the Hashtable fail-fast. (See ConcurrentModificationException).
*/
private transient int modCount = 0;
构造方法
Hashtable一共提供了4个构造方法：
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor)： 用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。useAltHashing为boolean，其如果为真，则执行另一散列的字符串键，以减少由于弱哈希计算导致的哈希冲突的发生。public Hashtable(int initialCapacity)：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()：默认构造函数，容量为11，加载因子为0.75。public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t)：构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。
1 | /** |
put方法
put方法的整个流程为：
- 判断value是否为空，为空则抛出异常；
- 计算key的hash值，并根据hash值获得key在table数组中的位置index，如果table[index]元素不为空，则进行迭代，如果遇到相同的key，则直接替换，并返回旧value；
- 否则，我们可以将其插入到table[index]位置。
我在下面的代码中也进行了一些注释：1
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40public synchronized V put(K key, V value) {
// Make sure the value is not null确保value不为null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// Makes sure the key is not already in the hashtable.
//确保key不在hashtable中
//首先，通过hash方法计算key的哈希值，并计算得出index值，确定其在table[]中的位置
//其次，迭代index索引位置的链表，如果该位置处的链表存在相同的key，则替换value，返回旧的value
Entry tab[] = table;
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> 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) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
//如果超过阀值，就进行rehash操作
rehash();
tab = table;
hash = hash(key);
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// Creates the new entry.
//将值插入，返回的为null
Entry<K,V> e = tab[index];
// 创建新的Entry节点，并将新的Entry插入Hashtable的index位置，并设置e为新的Entry的下一个元素
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
return null;
}
通过一个实际的例子来演示一下这个过程：
假设我们现在Hashtable的容量为5，已经存在了(5,5)，(13,13)，(16,16)，(17,17)，(21,21)这5个键值对，目前他们在Hashtable中的位置如下：
现在，我们插入一个新的键值对，put(16,22)，假设key=16的索引为1.但现在索引1的位置有两个Entry了，所以程序会对链表进行迭代。迭代的过程中，发现其中有一个Entry的key和我们要插入的键值对的key相同，所以现在会做的工作就是将newValue=22替换oldValue=16，然后返回oldValue=16.
然后我们现在再插入一个，put(33,33)，key=33的索引为3，并且在链表中也不存在key=33的Entry，所以将该节点插入链表的第一个位置。
get方法
相比较于put方法，get方法则简单很多。其过程就是首先通过hash()方法求得key的哈希值，然后根据hash值得到index索引（上述两步所用的算法与put方法都相同）。然后迭代链表，返回匹配的key的对应的value；找不到则返回null。1
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11public synchronized V get(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return e.value;
}
}
return null;
}
Hashtable遍历方式
Hashtable有多种遍历方式：1
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23//1、使用keys()
Enumeration<String> en1 = table.keys();
while(en1.hasMoreElements()) {
en1.nextElement();
}
//2、使用elements()
Enumeration<String> en2 = table.elements();
while(en2.hasMoreElements()) {
en2.nextElement();
}
//3、使用keySet()
Iterator<String> it1 = table.keySet().iterator();
while(it1.hasNext()) {
it1.next();
}
//4、使用entrySet()
Iterator<Entry<String, String>> it2 = table.entrySet().iterator();
while(it2.hasNext()) {
it2.next();
}
Hashtable与HashMap的简单比较
- HashTable基于Dictionary类，而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类，而AbstractMap是基于Map接口的实现，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
- HashMap的key和value都允许为null，而Hashtable的key和value都不允许为null。HashMap遇到key为null的时候，调用putForNullKey方法进行处理，而对value没有处理；Hashtable遇到null，直接返回NullPointerException。
- Hashtable方法是同步，而HashMap则不是。我们可以看一下源码，Hashtable中的几乎所有的public的方法都是synchronized的，而有些方法也是在内部通过synchronized代码块来实现。所以有人一般都建议如果是涉及到多线程同步时采用HashTable，没有涉及就采用HashMap，但是在Collections类中存在一个静态方法：synchronizedMap()，该方法创建了一个线程安全的Map对象，并把它作为一个封装的对象来返回。
