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Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable

本文部分參考cmsblog

HashMap

HashMap也是我們使用非常多的Collection,它是基于哈希表的 Map 接口的實作,以key-value的形式存在。在HashMap中,key-value總是會當做一個整體來處理,系統會根據hash算法來來計算key-value的存儲位置,我們總是可以通過key快速地存、取value。下面就來分析HashMap的存取。

定義

HashMap實作了Map接口,繼承AbstractMap。其中Map接口定義了鍵映射到值的規則,而AbstractMap類提供 Map 接口的骨幹實作,以最大限度地減少實作此接口所需的工作,其實AbstractMap類已經實作了Map,這裡标注Map LZ覺得應該是更加清晰吧!

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable           

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構造函數

HashMap提供了三個構造函數:

  HashMap():構造一個具有預設初始容量 (16) 和預設加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

  HashMap(int initialCapacity):構造一個帶指定初始容量和預設加載因子 (0.75) 的空 HashMap。

  HashMap(int initialCapacity, float loadFactor):構造一個帶指定初始容量和加載因子的空 HashMap。           

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在這裡提到了兩個參數:初始容量,加載因子。

這兩個參數是影響HashMap性能的重要參數,其中容量表示哈希表中桶的數量,初始容量是建立哈希表時的容量,加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度,它衡量的是一個散清單的空間的使用程度,負載因子越大表示散清單的裝填程度越高,反之愈小。

對于使用連結清單法的散清單來說,查找一個元素的平均時間是O(1+a),是以如果負載因子越大,對空間的利用更充分,然而後果是查找效率的降低;如果負載因子太小,那麼散清單的資料将過于稀疏,對空間造成嚴重浪費。系統預設負載因子為0.75,一般情況下我們是無需修改的。

HashMap是一種支援快速存取的資料結構,要了解它的性能必須要了解它的資料結構。

資料結構

我們知道在Java中最常用的兩種結構是數組和模拟指針(引用),幾乎所有的資料結構都可以利用這兩種來組合實作,HashMap也是如此。實際上HashMap是一個“連結清單散列”,如下是它的資料結構:

HashMap資料結構圖

下圖的table數組的每個格子都是一個桶。負載因子就是map中的元素占用的容量百分比。比如負載因子是0.75,初始容量(桶數量)為16時,那麼允許裝填的元素最大個數就是16*0.75 = 12,這個最大個數也被成為門檻值,就是map中定義的threshold。超過這個門檻值時,map就會自動擴容。

Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable
從上圖我們可以看出HashMap底層實作還是數組,隻是數組的每一項都是一條鍊。其中參數initialCapacity就代表了該數組的長度。下面為HashMap構造函數的源碼:
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //初始容量不能<0
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: "
                    + initialCapacity);
        //初始容量不能 > 最大容量值,HashMap的最大容量值為2^30
        if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
            initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
        //負載因子不能 < 0
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: "
                    + loadFactor);

        // 計算出大于 initialCapacity 的最小的 2 的 n 次方值。
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;

        this.loadFactor = loadFactor;
        //設定HashMap的容量極限,當HashMap的容量達到該極限時就會進行擴容操作
        threshold = (int) (capacity * loadFactor);
        //初始化table數組,也就是桶數組。
        table = new Entry[capacity];
        init();
    }
      從源碼中可以看出,每次建立一個HashMap時,都會初始化一個table數組。table數組的元素為Entry節點。

static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
        final int hash;

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        }
        .......
    }
      其中Entry為HashMap的内部類,它包含了鍵key、值value、下一個節點next,以及hash值,這是非常重要的,正是由于Entry才構成了table數組的項為連結清單。

      上面簡單分析了HashMap的資料結構,下面将探讨HashMap是如何實作快速存取的。           

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存儲實作:put(key,vlaue)

首先我們先看源碼

public V put(K key, V value) {
        //當key為null,調用putForNullKey方法,儲存null與table第一個位置中,這是HashMap允許為null的原因
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
        //計算key的hash值,此處對原來元素的hashcode進行了再次hash
        int hash = hash(key.hashCode());                  ------(1)
        //計算key hash 值在 table 數組中的位置
        int i = indexFor(hash, table.length);             ------(2)
        //從i出開始疊代 e,找到 key 儲存的位置
        for (Entry<K, V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //判斷該條鍊上是否有hash值相同的(key相同)
            //若存在相同,則直接覆寫value,傳回舊value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;    //舊值 = 新值
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;     //傳回舊值
            }
        }
        //修改次數增加1
        modCount++;
        //将key、value添加至i位置處
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }           

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通過源碼我們可以清晰看到HashMap儲存資料的過程為:首先判斷key是否為null,若為null,則直接調用putForNullKey方法。

若不為空則先計算key的hash值,然後根據hash值搜尋在table數組中的索引位置,如果table數組在該位置處有元素,則通過比較是否存在相同的key,若存在則覆寫原來key的value,==否則将該元素儲存在鍊頭(最先儲存的元素放在鍊尾)==。

若table在該處沒有元素,則直接儲存。這個過程看似比較簡單,其實深有内幕。有如下幾點:

1、 先看疊代處。此處疊代原因就是為了防止存在相同的key值,若發現兩個hash值(key)相同時,HashMap的處理方式是用新value替換舊value,這裡并沒有處理key,這就解釋了HashMap中沒有兩個相同的key。

2、 在看(1)、(2)處。這裡是HashMap的精華所在。首先是hash方法,該方法為一個純粹的數學計算,就是計算h的hash值。

static int hash(int h) {
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }           

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我們知道對于HashMap的table而言,資料分布需要均勻(最好每項都隻有一個元素,這樣就可以直接找到),不能太緊也不能太松,太緊會導緻查詢速度慢,太松則浪費空間。計算hash值後,怎麼才能保證table元素分布均與呢?我們會想到取模,但是由于取模的消耗較大,HashMap是這樣處理的:調用indexFor方法。

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

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HashMap的底層數組長度總是2的n次方,在構造函數中存在:capacity <<= 1;這樣做總是能夠保證HashMap的底層數組長度為2的n次方。當length為2的n次方時,h&(length - 1)就相當于對length取模,而且速度比直接取模快得多,這是HashMap在速度上的一個優化。至于為什麼是2的n次方下面解釋。

==對length取模來得到hash是常用的hash索引方法,這裡采用位運算的話效率更高。==

我們回到indexFor方法,該方法僅有一條語句:h&(length - 1),這句話除了上面的取模運算外還有一個非常重要的責任:均勻分布table資料和充分利用空間。

這裡我們假設length為16(2^n)和15,h為5、6、7。

table1

Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable

當n=15時,6和7的結果一樣,這樣表示他們在table存儲的位置是相同的,也就是産生了碰撞,6、7就會在一個位置形成連結清單,這樣就會導緻查詢速度降低。誠然這裡隻分析三個數字不是很多,那麼我們就看0-15。

table2

Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable

從上面的圖表中我們看到總共發生了8次碰撞,同時發現浪費的空間非常大,有1、3、5、7、9、11、13、15處沒有記錄,也就是沒有存放資料。

這是因為他們在與14進行&運算時,得到的結果最後一位永遠都是0,即0001、0011、0101、0111、1001、1011、1101、1111位置處是不可能存儲資料的,空間減少,進一步增加碰撞幾率,這樣就會導緻查詢速度慢。

而當length = 16時,length – 1 = 15 即1111,那麼進行低位&運算時,值總是與原來hash值相同,而進行高位運算時,其值等于其低位值。是以說當length = 2^n時,不同的hash值發生碰撞的機率比較小,這樣就會使得資料在table數組中分布較均勻,查詢速度也較快。

這裡我們再來複習put的流程:當我們想一個HashMap中添加一對key-value時,系統首先會計算key的hash值,然後根據hash值确認在table中存儲的位置。若該位置沒有元素,則直接插入。否則疊代該處元素連結清單并依此比較其key的hash值。

如果兩個hash值相等且key值相等(e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))),則用新的Entry的value覆寫原來節點的value。如果兩個hash值相等但key值不等 ,則将該節點插入該連結清單的鍊頭。具體的實作過程見addEntry方法,如下:

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
        //擷取bucketIndex處的Entry
        Entry<K, V> e = table[bucketIndex];
        //将新建立的 Entry 放入 bucketIndex 索引處,并讓新的 Entry 指向原來的 Entry 
        table[bucketIndex] = new Entry<K, V>(hash, key, value, e);
        //若HashMap中元素的個數超過極限了,則容量擴大兩倍
        if (size++ >= threshold)
            resize(2 * table.length);
    }           

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這個方法中有兩點需要注意:

後面添加的entry反而會接到前面。           

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一、是鍊的産生。

這是一個非常優雅的設計。系統總是将新的Entry對象添加到bucketIndex處。如果bucketIndex處已經有了對象,那麼新添加的Entry對象将指向原有的Entry對象,形成一條Entry鍊,但是若bucketIndex處沒有Entry對象,也就是e==null,那麼新添加的Entry對象指向null,也就不會産生Entry鍊了。

二、擴容問題。

随着HashMap中元素的數量越來越多,發生碰撞的機率就越來越大,所産生的連結清單長度就會越來越長,這樣勢必會影響HashMap的速度,為了保證HashMap的效率,系統必須要在某個臨界點進行擴容處理。

該臨界點在當HashMap中元素的數量等于table數組長度*加載因子。但是擴容是一個非常耗時的過程,因為它需要重新計算這些資料在新table數組中的位置并進行複制處理。是以如果我們已經預知HashMap中元素的個數,那麼預設元素的個數能夠有效的提高HashMap的性能。

JDK1.8的hashmap:put方法

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> 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<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
                //如果p是紅黑樹節點,則用另外的處理方法
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)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
                        //當連結清單節點數超過8個,則直接進行紅黑樹化。
                            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;
    }           

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JDK1.8在連結清單長度超過8時會轉換為紅黑樹。 轉換方法如下:

final void treeifyBin(Node<K,V>[] tab, int hash) {
        int n, index; Node<K,V> e;
        if (tab == null || (n = tab.length) < MIN_TREEIFY_CAPACITY)
        //如果節點數變小小于紅黑樹的節點數門檻值時,調整空間
            resize();
        else if ((e = tab[index = (n - 1) & hash]) != null) {
            TreeNode<K,V> hd = null, tl = null;
            do {
            //該方法直接傳回一個紅黑樹結點。
                TreeNode<K,V> p = replacementTreeNode(e, null);
                if (tl == null)
                    hd = p;
                else {
                //從連結清單頭開始依次插入紅黑樹
                    p.prev = tl;
                    tl.next = p;
                }
                tl = p;
            } while ((e = e.next) != null);
            if ((tab[index] = hd) != null)
                hd.treeify(tab);
        }
    }

        // For treeifyBin
TreeNode<K,V> replacementTreeNode(Node<K,V> p, Node<K,V> next) {
    return new TreeNode<>(p.hash, p.key, p.value, next);
}           

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擴容

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            //如果原容量大于最大空間,則讓門檻值為最大值。因為不能再擴容了,最大容量就是整數最大值。
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            //兩倍擴容,門檻值也跟着變為兩倍
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        //當後面沒有節點時,直接插入即可 //每個元素重新計算索引位置,此處的hash值并沒有變,隻是改變索引值
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                    //否則,就從頭到尾依次将節點進行索引然後插入新數組,這樣插入後的連結清單順序會和原來的順序相反。
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }           

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讀取實作:get(key)

相對于HashMap的存而言,取就顯得比較簡單了。通過key的hash值找到在table數組中的索引處的Entry,然後傳回該key對應的value即可。

public V get(Object key) {
        // 若為null,調用getForNullKey方法傳回相對應的value
        if (key == null)
            return getForNullKey();
        // 根據該 key 的 hashCode 值計算它的 hash 碼  
        int hash = hash(key.hashCode());
        // 取出 table 數組中指定索引處的值
        for (Entry<K, V> e = table[indexFor(hash, table.length)]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //若搜尋的key與查找的key相同,則傳回相對應的value
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))
                return e.value;
        }
        return null;
    }           

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在這裡能夠根據key快速的取到value除了和HashMap的資料結構密不可分外,還和Entry有莫大的關系,在前面就提到過,HashMap在存儲過程中并沒有将key,value分開來存儲,而是當做一個整體key-value來處理的,這個整體就是Entry對象。

同時value也隻相當于key的附屬而已。在存儲的過程中,系統根據key的hashcode來決定Entry在table數組中的存儲位置,在取的過程中同樣根據key的hashcode取出相對應的Entry對象。

在java中與有兩個類都提供了一個多種用途的hashTable機制,他們都可以将可以key和value結合起來構成鍵值對通過put(key,value)方法儲存起來,然後通過get(key)方法擷取相對應的value值。

HashTable

一個是前面提到的HashMap,還有一個就是馬上要講解的HashTable。對于HashTable而言,它在很大程度上和HashMap的實作差不多,如果我們對HashMap比較了解的話,對HashTable的認知會提高很大的幫助。他們兩者之間隻存在幾點的不同,這個後面會闡述。

定義

HashTable在Java中的定義如下:

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
      從中可以看出HashTable繼承Dictionary類,實作Map接口。其中Dictionary類是任何可将鍵映射到相應值的類(如 Hashtable)的抽象父類。每個鍵和每個值都是一個對象。在任何一個 Dictionary 對象中,每個鍵至多與一個值相關聯。Map是"key-value鍵值對"接口。



  HashTable采用"拉鍊法"實作哈希表,它定義了幾個重要的參數:table、count、threshold、loadFactor、modCount。



  table:為一個Entry[]數組類型,Entry代表了“拉鍊”的節點,每一個Entry代表了一個鍵值對,哈希表的"key-value鍵值對"都是存儲在Entry數組中的。



  count:HashTable的大小,注意這個大小并不是HashTable的容器大小,而是他所包含Entry鍵值對的數量。



  threshold:Hashtable的門檻值,用于判斷是否需要調整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加載因子"。



  loadFactor:加載因子。



  modCount:用來實作“fail-fast”機制的(也就是快速失敗)。所謂快速失敗就是在并發集合中,其進行疊代操作時,若有其他線程對其進行結構性的修改,這時疊代器會立馬感覺到,并且立即抛出ConcurrentModificationException異常,而不是等到疊代完成之後才告訴你(你已經出錯了)。           

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構造方法

在HashTabel中存在5個構造函數。通過這5個構造函數我們建構出一個我想要的HashTable。

public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }
      預設構造函數,容量為11,加載因子為0.75。

public Hashtable(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0.75f);
    }
      用指定初始容量和預設的加載因子 (0.75) 構造一個新的空哈希表。

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //驗證初始容量
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        //驗證加載因子
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);

        if (initialCapacity==0)
            initialCapacity = 1;

        this.loadFactor = loadFactor;

        //初始化table,獲得大小為initialCapacity的table數組
        table = new Entry[initialCapacity];
        //計算閥值
        threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        //初始化HashSeed值
        initHashSeedAsNeeded(initialCapacity);
    }           

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用指定初始容量和指定加載因子構造一個新的空哈希表。其中initHashSeedAsNeeded方法用于初始化hashSeed參數,其中hashSeed用于計算key的hash值,它與key的hashCode進行按位異或運算。這個hashSeed是一個與執行個體相關的随機值,主要用于解決hash沖突。
private int hash(Object k) {
        return hashSeed ^ k.hashCode();
    }           

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構造一個與給定的 Map 具有相同映射關系的新哈希表。

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

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主要方法

HashTable的API對外提供了許多方法,這些方法能夠很好幫助我們操作HashTable,但是這裡我隻介紹兩個最根本的方法:put、get。

首先我們先看put方法:将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意這裡鍵key和值value都不可為空。

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

        /*
         * 確定key在table[]是不重複的
         * 處理過程:
         * 1、計算key的hash值,确認在table[]中的索引位置
         * 2、疊代index索引位置,如果該位置處的連結清單中存在一個一樣的key,則替換其value,傳回舊值
         */
        Entry tab[] = table;
        int hash = hash(key);    //計算key的hash值
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;     //确認該key的索引位置
        //疊代,尋找該key,替換
        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) {  //如果容器中的元素數量已經達到閥值,則進行擴容操作
            rehash();
            tab = table;
            hash = hash(key);
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // 在索引位置處插入一個新的節點
        Entry<K,V> e = tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        //容器中元素+1
        count++;
        return null;
    }           

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put方法的整個處理流程是:計算key的hash值,根據hash值獲得key在table數組中的索引位置,然後疊代該key處的Entry連結清單(我們暫且了解為連結清單),若該連結清單中存在一個這個的key對象,那麼就直接替換其value值即可,否則在将改key-value節點插入該index索引位置處。如下:

首先我們假設一個容量為5的table,存在8、10、13、16、17、21。他們在table中位置如下:

Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable

然後我們插入一個數:put(16,22),key=16在table的索引位置為1,同時在1索引位置有兩個數,程式對該“連結清單”進行疊代,發現存在一個key=16,這時要做的工作就是用newValue=22替換oldValue16,并将oldValue=16傳回。

Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable

在put(33,33),key=33所在的索引位置為3,并且在該連結清單中也沒有存在某個key=33的節點,是以就将該節點插入該連結清單的第一個位置。

Java集合詳解4:HashMap和HashTableHashTable

在HashTabled的put方法中有兩個地方需要注意:

1、HashTable的擴容操作,在put方法中,如果需要向table[]中添加Entry元素,會首先進行容量校驗,如果容量已經達到了閥值,HashTable就會進行擴容處理rehash(),如下:

protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        //元素
        Entry<K,V>[] oldMap = table;

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

        //建立一個size = newCapacity 的HashTable
        Entry<K,V>[] newMap = new Entry[];

        modCount++;
        //重新計算閥值
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        //重新計算hashSeed
        boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);

        table = newMap;
        //将原來的元素拷貝到新的HashTable中
        for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
            for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
                Entry<K,V> 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;
            }
        }
    }           

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在這個rehash()方法中我們可以看到容量擴大兩倍+1,同時需要将原來HashTable中的元素一一複制到新的HashTable中,這個過程是比較消耗時間的,同時還需要重新計算hashSeed的,畢竟容量已經變了。

這裡對閥值啰嗦一下:比如初始值11、加載因子預設0.75,那麼這個時候閥值threshold=8,當容器中的元素達到8時,HashTable進行一次擴容操作,容量 = 8 * 2 + 1 =17,而閥值threshold=17*0.75 = 13,當容器元素再一次達到閥值時,HashTable還會進行擴容操作,依次類推。

下面是計算key的hash值,這裡hashSeed發揮了作用。

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

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相對于put方法,get方法就會比較簡單,處理過程就是計算key的hash值,判斷在table數組中的索引位置,然後疊代連結清單,比對直到找到相對應key的value,若沒有找到傳回null。

public 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;
    }           

複制

四、HashTable與HashMap的差別

HashTable和HashMap存在很多的相同點,但是他們還是有幾個比較重要的不同點。

第一:我們從他們的定義就可以看出他們的不同,HashTable基于Dictionary類,而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什麼?它是任何可将鍵映射到相應值的類的抽象父類,而AbstractMap是基于Map接口的骨幹實作,它以最大限度地減少實作此接口所需的工作。

第二:HashMap可以允許存在一個為null的key和任意個為null的value,但是HashTable中的key和value都不允許為null。如下:

當HashMap遇到為null的key時,它會調用putForNullKey方法來進行處理。對于value沒有進行任何處理,隻要是對象都可以。

if (key == null)            return putForNullKey(value);      而當HashTable遇到null時,他會直接抛出NullPointerException異常資訊。           

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if (value == null) {
    throw new NullPointerException();
}           

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第三:Hashtable的方法是同步的,而HashMap的方法不是。是以有人一般都建議如果是涉及到多線程同步時采用HashTable,沒有涉及就采用HashMap,但是在Collections類中存在一個靜态方法:synchronizedMap(),該方法建立了一個線程安全的Map對象,并把它作為一個封裝的對象來傳回,是以通過Collections類的synchronizedMap方法是可以我們你同步通路潛在的HashMap。這樣君該如何選擇呢???