RTFSC-HashMap与Hashtable

前言

RTFSC (Read the fucking source code )才是生活中最重要的。我们天天就是要读懂别人的,理解别人的,然后再模仿别人的,最后才是创新自己的。人生大半的时间是在学习,所以我们一定要RTFSC

对比

名称 线程是否安全 key是否可为空 value是否可为空 key是否可以重复 value是否可以重复
HashMap
Hashtable

注:理解以下代码,需要事先明白一个道理,不同的key,hash值不一定不同。相同的key,hash值一定相同。

HashMap

之前转载过一篇《图解HashMap》。HashMap就是基于哈希表的 Map 接口的实现的类。是我们开发中常用的一种数据结构,以键值对的方式存取数据。HashMap从语文角度来看可以说是一个偏正短语,Hash即为散列(也叫哈希)算法。Map就是Key-Value的方式存储数据的一种数据结构。HashMap实例化时其两个参数会影响其性能:初始容量 和加载因子。容量是哈希表中桶的数量,初始容量只是哈希表在创建时的容量。加载因子 是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度。当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 rehash 操作(即重建内部数据结构),从而哈希表将具有大约两倍的桶数。
接下来一步一步对源码进行分析,彻底掌握HashMap的特性。

transient Node<K,V>[] table;

HashMap中的数据保存在table数组中,每一个数据又是一个Node实例,这里可以去看一下Node源码保存了哪些信息。

 static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;
      //初始化Node实例
        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }

代码比较简单,主要看初始化的地方,保存了hash值,此值就是key值通过哈希算法算出来的值,然后是key和value信息。还有一个Node节点next,这里也可以看出HashMap中存在链表。在发生哈希碰撞的时候,数据会链接在链尾。

HashMap中保存的数据大概图例:
图片.png

再来看一下我们常用的put,get方法。

put(key,value)
 public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

会调用putVal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;
        //通过key的hash值与table长度得到index位置的p节点对象,如果为空,数据存放在当前位置
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
        //p不为空,当前位置存在数据,如果key相同,会把p赋值给e
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
          //走到此处代表发生了hash碰撞,需要将新的node节点接在p节点为首的尾链。
                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;
                }
            }
            //此处得到之前的e,把新的value赋值给原来的位置,覆盖之前的value,并返回之前的value
            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;
    }
get(key)
  public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        return (e = getNode(hash(key), key)) == null ? null : e.value;
    }

调用getNode(hash,key)方法

final Node<K,V> getNode(int hash, Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> first, e; int n; K k;
    //此处还是通过hash值与table.length得到存放数据的位置,得到节点first
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (first = tab[(n - 1) & hash]) != null) {
//判断first的hash与key是否与需要获取value的hash,key相同
            if (first.hash == hash && // always check first node
                ((k = first.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                return first;
//走到这里,需要在当前节点为首的链表循环,找到hash与key都相同的节点
            if ((e = first.next) != null) {
                if (first instanceof TreeNode)
                    return ((TreeNode<K,V>)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;
    }

Hashtable

Hashtable的实现在思路上是和HashMap差不多的。我们直接看put方法

put(key,value)
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.
        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        //此处还是通过hash与table.length计算出index位置。
        @SuppressWarnings("unchecked")
        HashtableEntry<K,V> entry = (HashtableEntry<K,V>)tab[index];
      //循环查找是否存在key重复的数据,存在就覆盖,并返回老数据的value。
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }
    //entry为空,index位置添加数据
        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

addEntry(hash,key,value,index)方法:

private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        modCount++;

        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        //数据量超过指定阈值时,需要重新分配一次大小,并且重新计算index
        if (count >= threshold) {
            // Rehash the table if the threshold is exceeded
            rehash();

            tab = table;
            hash = key.hashCode();
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // Creates the new entry.
        //然后在index位置加入数据
        @SuppressWarnings("unchecked")
        HashtableEntry<K,V> e = (HashtableEntry<K,V>) tab[index];
        tab[index] = new HashtableEntry<>(hash, key, value, e);
        count++;
    }
get(key)方法:
 public synchronized V get(Object key) {
        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        //还是计算出index,以此节点为头,遍历链表找出指定节点,返回value值即可
        for (HashtableEntry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

总结

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:线程安全性与可接受的值。

  1. 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)。
  2. HashMap是非synchronized,而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。
  3. 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。
  4. HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

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