集合总结五(Hashtable的实现原理)
一、概述
上一篇介绍了Java8的HashMap,接下来准备介绍一下Hashtable。
Hashtable可以说已经具有一定的历史了,现在也很少使用到Hashtable了,更多的是使用HashMap或ConcurrentHashMap。HashTable是一个线程安全的哈希表,它通过使用synchronized关键字来对方法进行加锁,从而保证了线程安全。但这也导致了在单线程环境中效率低下等问题。Hashtable与HashMap不同,它不允许插入null值和null键。
二、属性
Hashtable并没有像HashMap那样定义了很多的常量,而是直接写死在了方法里(看下去就知道了),所以它的属性相比HashMap来说,可以获取的信息还是比较少的。
//哈希表
private transient Entry<?,?>[] table;
//记录哈希表中键值对的个数
private transient int count;
//扩容的阈值
private int threshold;
//负载因子
private float loadFactor;
三、方法
1、构造方法
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
if (initialCapacity==0)
initialCapacity = 1;
this.loadFactor = loadFactor;
table = new Entry<?,?>[initialCapacity];
threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}
public Hashtable(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0.75f);
}
public Hashtable() {
this(11, 0.75f);
}
二话不说,上来先丢了三个构造函数。从构造函数中,我们可以获取到这些信息:Hashtable默认的初始化容量为11(与HashMap不同),负载因子默认为0.75(与HashMap相同)。而正因为默认初始化容量的不同,同时也没有对容量做调整的策略,所以可以先推断出,Hashtable使用的哈希函数跟HashMap是不一样的(事实也确实如此)。
2、get方法
public synchronized V get(Object key) {
Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
//通过哈希函数,计算出key对应的桶的位置
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
//遍历该桶的所有元素,寻找该key
for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return (V)e.value;
}
}
return null;
}
跟HashMap相比,Hashtable的get方法非常简单。我们首先可以看见get方法使用了synchronized来修饰,所以它能保证线程安全。并且它是通过链表的方式来处理冲突的。另外,我们还可以看见HashTable并没有像HashMap那样封装一个哈希函数,而是直接把哈希函数写在了方法中。而哈希函数也是比较简单的,它仅对哈希表的长度进行了取模。
3、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();
//计算桶的位置
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
//遍历桶中的元素,判断是否存在相同的key
for(; entry != null ; entry = entry.next) {
if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
V old = entry.value;
entry.value = value;
return old;
}
}
//不存在相同的key,则把该key插入到桶中
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
modCount++;
Entry<?,?> tab[] = table;
//哈希表的键值对个数达到了阈值,则进行扩容
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.
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
//把新节点插入桶中(头插法)
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
}
put方法一开始就表明了不能有null值,否则就会向你抛出一个空指针异常。Hashtable的put方法也是使用synchronized来修饰。你可以发现,在Hashtable中,几乎所有的方法都使用了synchronized来保证线程安全。
4、remove方法
public synchronized V remove(Object key) {
Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)tab[index];
for(Entry<K,V> prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
modCount++;
if (prev != null) {
prev.next = e.next;
} else {
tab[index] = e.next;
}
count--;
V oldValue = e.value;
e.value = null;
return oldValue;
}
}
return null;
}
remove方法我已经不想加注释了,跟get和put的原理差不多。如果看过上一篇的HashMap的话,或者理解了上面的put方法的话,我相信remove方法看一眼就能懂了。
5、rehash方法
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry<?,?>[] oldMap = table;
//扩容扩为原来的两倍+1
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
//判断是否超过最大容量
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
// Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
return;
newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
}
Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];
modCount++;
//计算下一次rehash的阈值
threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
table = newMap;
//把旧哈希表的键值对重新哈希到新哈希表中去
for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
Entry<K,V> e = old;
old = old.next;
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}
Hashtable的rehash方法相当于HashMap的resize方法。跟HashMap那种巧妙的rehash方式相比,Hashtable的rehash过程需要对每个键值对都重新计算哈希值,而比起异或和与操作,取模是一个非常耗时的操作,所以这也是导致效率较低的原因之一。
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