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Java Hashtable类源码解析

简介:

老生常谈的问题——Hashtable和HashMap有什么区别

大家一般都能说出几条,比如Hashtable是线程安全的,不支持null作为key和value值等等。那么,要仔细了解这个问题还是直接从Hashtable的源码入手。

先列一下我找到的区别:

  1. 继承类不同,Hashtable继承的是Dictionary这是一个废弃类,而HashMap继承的是AbstractMap
  2. 产生时间不同,Hashtable自JDK1.0版本就有了,而HashMap是JDK1.2才加入的,同时Hashtable可能因为历史原因并不是我们习惯的驼峰法命名的
  3. Hashtable比HashMap多提供了elments()方法用于返回此Hashtable中的value的枚举
  4. Hashtable既不支持null key也不支持null value
  5. Hashtable的默认大小是11,扩大的逻辑是*2+1,对于给定大小不会做扩展。而HashMap是16,扩大时*2,初始大小会转换成恰好大于等于的2的指数次幂
  6. Hashtable中的遍历操作是从高位开始的,而HashMap是从低位开始
  7. Hashtable处理冲突元素时插入到链表头部,而HashMap是插入到链表尾部
  8. Hashtable的hashcode方法计算所有entry的hashcode总和,HashMap没有这样的方法,同时HashMap在计算hash值时会用高位右移16位与低位异或来打散散列值,避免位与操作造成冲突过多
  9. Hashtable每一次定位都要做一次完整的除法取余数,而HashMap使用的是与数组大小-1的位与计算,效率高很多
  10. Hashtable的方法都加上了synchronized是线程安全的方法,而HashMap不是,所以单线程时前者额外开销很大。JDK8以后Hashtable也用了modCount来保证在遍历过程中其他线程修改对象的fast-fail机制。但是,即使是多线程环境下,依然应该优先选择对HashMap进行一些特殊处理而不是用Hashtable,因为所有方法都加上synchronized的程序并发性很差。实际上就我个人经验而言,在一些特定的具体情况下,比如大规模写入key值连续数据(出自今年的第四届阿里中间件性能挑战赛复赛题),链表法解决冲突性能可能不如开放地址法,即使加上了红黑树。所以说对于一些对极致压榨性能的情况下,适当的可以抛弃一些通用的集合而尝试自由发挥造轮子。

首先从最上方的注释中可以看到Hashtable自JDK1.0版本就有了,而HashMap是JDK1.2才加入的。观察一下类的声明,我们可以看到他们继承的类也是不同的,Hashtable继承的是Dictionary,Dictionary这个类从注释上写着已经是obsolete被废弃了,所以连带Hashtable也基本不用了Hashtable也有元素个数,数组大小,负载因子这些属性,不用元素个数用的是count不是size。也是使用链表法来解决冲突。
public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
构造函数可以看出默认大小是11,同时初始大小给定多少初始数组就多大,不会做扩展到2的指数次幂这样的操作。threshold=initialCapacity*loadFactor这点和HashMap相同。
    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() {
        this(11, 0.75f);
    }
contains这个方法是从表尾开始向前搜索的,同时也没有使用==来比较
    public synchronized boolean contains(Object value) {
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        Entry<?,?> tab[] = table;
        for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {
            for (Entry<?,?> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {
                if (e.value.equals(value)) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }
containsKey可以看出,Hashtableindex计算逻辑是使用key.hashCode()的后31位然后除以tab.length取余数HashMap的那种按位与的操作仅当操作数低位全是1时才等价为取余操作,也就是2的指数次幂-1才可成立,这样做计算速度比除法快很多,不过冲突数量会增加,所以加入了一些打散的设计比如hashCode高位与低位异或。
    public synchronized boolean containsKey(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
 扩展方法rehash的扩大方式是旧数组大小*2+1,而HashMap是*2,要重新计算每一个的index所以效率低,同时冲突时将后面的元素插入到前面元素的前一位,所以会改变顺序 
    protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        Entry<?,?>[] oldMap = table;

        // overflow-conscious code
        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;//新大小=旧大小*2+1
        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];//创建一个新的数组

        modCount++;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        table = newMap;

        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;//重新计算每一个元素的index
                e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];//前后元素有冲突时,后面的元素插入到前面元素的前面
                newMap[index] = e;
            }
        }
    }
对于插入结点同样要先检查是否存在key值相同的点,存在则不插入,然后检查是否需要扩展数组,插入时如果发生冲突,也是将要插入的元素放在链表的首位,而putVal方法是放入尾部的。同时,可以看到Hashtable是不支持null作为key或value值的
    public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {//value为null直接报错
            throw new NullPointerException();
        }

        // Makes sure the key is not already in the hashtable.
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();//若key为null这里会报错
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)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;
    }
    private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        modCount++;

        Entry<?,?> tab[] = table;
        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];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        count++;
    }
Hashtable的hashcode方法计算所有entry的hash值总和
public synchronized int hashCode() {
        int h = 0;
        if (count == 0 || loadFactor < 0)
            return h;  // Returns zero

        loadFactor = -loadFactor;  // Mark hashCode computation in progress
        Entry<?,?>[] tab = table;
        for (Entry<?,?> entry : tab) {
            while (entry != null) {
                h += entry.hashCode();
                entry = entry.next;
            }
        }

        loadFactor = -loadFactor;  // Mark hashCode computation complete

        return h;
    }
elements这个方法是Hashtable多出来的,返回所有value值的枚举
    public synchronized Enumeration<V> elements() {
        return this.<V>getEnumeration(VALUES);
    }
我们可以注意到,Hashtable的方法都加上了synchronized,他们是线程安全的,但是对于本身是线程安全的情况就会大幅度影响性能,JDK8开始引入modCount来作为fast-fail机制,防止其他线程的非synchronzied方法对Hashtable进行修改。

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