本文基于JDK1.8对Java中的Hashtable集合的源码进行了深度解析，包括各种方法、扩容机制、哈希算法、遍历方法等方法的底层实现，最后给出了Hashtable和HashMap的详细对比以及使用建议。
文章目录
1 Hashtable的概述
public class Hashtable< K,V >
extends Dictionary< K,V >
implements Map< K,V >, Cloneable, Serializable
Hashtable是来自于JDK1.0时代的古老key-value形式的集合类。类当中所有的方法都是同步的，数据安全的，效率低。
JDK1.0的时候Hashtable是继承的抽象类Dictionary，JDK1.2集合框架诞生之后，又实现了Map 接口，成为了Java集合体系的一员。
实现了Cloneable、Serializable标志性接口，支持克隆、序列化操作。
由于Map不属于Collection集合体系，没有实现Iterable接口，因此不支持获取迭代器的方法iterator()，或者说Map的集合体系并没有真正的迭代器。但是它们有自己的遍历数据的方法。
Hashtable的底层实际上是采用“拉链法”实现了一个哈希表，即使用一个数组作为哈希表的骨架，每一个数组元素的位置称为“bucket”桶，桶里存放的就是哈希值相同的键值对，如果一个桶里面有多个键值对，那么说明出现了哈希冲突，Hashtable使用“拉链法”解决冲突，每个桶的大小即该位置链表节点数量。Hashtable的key 和 value 都不允许为null。
关于数据结构中的哈希表，本文没有多讲，关于哈希表的详细解释在这篇文章中：数据结构—散列表(哈希表)的原理以及Java代码的实现。
2 Hashtable的源码解析
2.1 主要类属性
/**
* 内部Entry[]数组，用来作为哈希表的骨架，数组每一个Entry元素代表了一个链表的头节点，Hashtable内部的哈希表的key-value键值对都是存储在Entry节点中的。
*/
private transient Entry<?, ?>[] table;
/**
* HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。
*/
private transient int count;
/**
* 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"。当count大于等于threshold时，需要调整容量（尝试扩容）。
*/
private int threshold;
/**
* 加载因子，是可以大于1的。
*/
private float loadFactor;
/**
* 用来实现"fail-fast"机制的（也就是快速失败）。
*/
private transient int modCount = 0;
扩容阈值是由出初始容量和加载因子共同决定的，通常threshold=table.length*loadFactor，初始容量和加载因子越大，那么就不需要频繁的“扩容”，初始容量过大可能会浪费更多空间，加载因子越大会增加哈希冲突的风险，导致查找数据的时间过长。默认容量(11)和加载因子(0.75)在时间和空间成本上寻求一种折衷。
关于modCount 的作用和fail-fast机制，早在ArrayLsit集合的源码文章中就已经讲解了，java.util包下的集合的fail-fast机制都是一样的，这里不再赘述，详情可以看这篇文章：Java集合—ArrayList的源码深度解析以及应用介绍。
2.2 Entry节点
Entry实际上就是Hashtable的一个内部类，作为内部存储key和value的容器，还保存key的hashCode值，同时由于Hashtable采用“拉链法”实现哈希表，每一个Entry还作为链表的一个节点，因此内部还有一个到下一个节点的引用属性。
实际上Entry实现了Map.Entry接口，因此Entry内部还实现了相关方法共外部调用。EntrySet()方法返回的set集合的元素May.Entry，实际上就是返回的这个Entry节点的实例，后面会详细讲解！
private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
//哈希值，存储起来方便后续使用，避免重复运算
final int hash;
//key
final K key;
//value
V value;
//下一个相同桶位的节点引用
Entry<K,V> next;
protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
protected Object clone() {
return new Entry<>(hash, key, value,
(next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone()));
}
public K getKey() {
return key;
}
public V getValue() {
return value;
}
public V setValue(V value) {
if (value == null)
throw new NullPointerException();
V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
}
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) &&
(value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue()));
}
public int hashCode() {
return hash ^ Objects.hashCode(value);
}
public String toString() {
return key.toString()+"="+value.toString();
}
}
据此，我们能够画出Hashtable的大概数据结构图：
2.3 构造器与初始化参数
2.3.1 Hashtable()
public Hashtable()
构造一个新的，空的散列表，默认初始容量（11）和加载因子（0.75）。
public Hashtable() {
//内部调用另外一个构造器，初始容量11，加载因子0.75
this(11, 0.75f);
}
2.3.2 Hashtable(int initialCapacity)
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(int initialCapacity) {
//内部调用另外一个构造器，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。
this(initialCapacity, 0.75f);
}
2.3.3 Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor)
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。加载因子可以大于1，但是很明显，加载因子越大，发生哈希冲突的概率也越大！
这里的initialCapacity也没有要求是2的幂次方，但是HashMap 中初始化容量大小必须是 2 的幂次方。
/**
* 建议数组最大容量，因为某些VM实现可能需要部分长度用来存放数组头部信息
* 但是在HotSopt的虚拟机中，数组长度是可以超过这个限制的，可以达到Integer.MAX_VALUE – 2的长度
* 并且在上面的源码中能够看到,我们分配的initialCapacity完全可以大于MAX_ARRAY_SIZE
*/
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
//初始容量检测
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " +
initialCapacity);
//加载因子检测
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: " + loadFactor);
//如果初始容量为0，则变成1
if (initialCapacity == 0)
initialCapacity = 1;
this.loadFactor = loadFactor;
//创建数组
table = new Entry<?, ?>[initialCapacity];
//计算扩容阈值,取initialCapacity * loadFactor和MAX_ARRAY_SIZE + 1的最小值
threshold = (int) Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}
2.3.4 Hashtable(Map<? extends K,? extends V> t)
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。该哈希表是用足以容纳给定 Map 中映射关系的初始容量和默认的加载因子（0.75）创建的。
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
//首先初始化hashtable
this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
//底层调用putAll方法
putAll(t);
}
2.4 put方法与扩容机制
public synchronized V put(K key, V value)
将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。如果key或value为 null，则抛出NullPointerException。
put方法的源码量比较多，并且是Hashtable中比较关键的一部分，但是并不难理解！我们分成三部分来讲解：put、addEntry、rehash。
2.4.1 put
开放给外部调用的put方法主要可以分为4步：
- 通过hash算法计算新键值对的位置；
- 判断该位置是否存在元素，以及是否存在key相同的元素；
- 如果存在，并且找到相同的key，那么替换value，返回旧值，方法结束；
- 如果不存在元素，或者没有找到相同的key，那么调用addEntry方法添加新元素节点，返回null，方法结束。
/**
* 开放给外部调用的添加节点的方法，主要分4步：
* 1、通过hash算法计算新键值对的位置
* 2、判断该位置是否存在元素，以及是否存在key相同的元素
* 3、如果存在，并且找到相同的key，那么替换value，返回旧值，方法结束
* 4、如果不存在元素，或者没有找到相同的key，那么添加新元素节点，返回null，方法结束
*
* @param key 键
* @param value 值
* @return 旧值
*/
public synchronized V put(K key, V value) {
/*1 通过hash算法计算新键值对所在位置*/
// 确保value不为null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
//获取table数组
Entry<?, ?> tab[] = table;
/*Hashtable的hash算法*/
//获取key的hash值，该方法就是Object中的方法,key也可以重写该方法，
int hash = key.hashCode();
//通过hash值进行相应的计算，确定key-value在table[]中存储的索引位置
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
//获取数组在该索引位置的元素entry
Entry<K, V> entry = (Entry<K, V>) tab[index];
/*2 判断该位置是否存在元素，以及是否存在key相同的元素
如果entry不为null,则说明有元素，并且可能不只有一个元素*/
//那么迭代index索引位置的链表，如果该位置处的链表中存在一个一样的key，则替换其value，返回旧值
for (; entry != null; entry = entry.next) {
//判断key相等的方案法，首先要求两个key的hashCode()方法返回的hash值相等，然后要求两个key的equals方法返回true。
if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
//如果相等则替换旧的value并返回
V old = entry.value;
entry.value = value;
return old;
}
}
//走到这一步,说明两种情况，一种是entry为null；另一种是entry不为null，但是并没有找到相同的key
//此时说明需要添加节点,调用addEntry方法
addEntry(hash, key, value, index);
//旧值返回null
return null;
}
下面是关键源码分析：
首先是hashtable的哈希算法 ，从上面的源码中我们知道，Hashtable的hash算法是：
(hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
其中hash就是key的hashCode方法的返回值，0x7FFFFFFF表示最大的int类型的数据，即2147483647，它的二进制表示就是除了首位符号位是 0，其余都是1。
由于hashCode方法返回的hash是int类型的整数，并可正可负，因此首先进行的hash & 0x7FFFFFFF的目的是将hash转换为一定是大于等于0的整数。
然后再对底层数组的长度取余，我们知道余数一定会比除数更小，一个大于等于0的被除数除以一个正整数的余数的范围一定是[0, 除数)之间的，即[0, tab.length-1]。
通过该hash算法计算出来的桶位置刚好能够覆盖整个数组的全部索引值，并且不会超出它的范围！
我们还能知道，由于最终桶位置是通过求余“%”计算出来的，那么如果被除数为奇数，即数组容量为奇数，此时求得的余数将会更加均匀（hash函数为什么要选择对奇数求余？），这也是后面的扩容算法(oldCapacity << 1) + 1的由来，加1之后新容量将变成奇数，但是，hashtable并没有强制保证容量一定是是质数，因为可以通过构造器方式设置容量，这可能是HashTable已经不被sun公司推荐使用了。
然后是判断重复key，这里的判断方法是：
(entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)
即用了两步，首先判断两个key的hashCode的值是否相等，然后判断两个key的equals方法是否返回true！
最后如果不存在元素，或者没有找到相同的key，那么调用addEntry方法添加新元素节点，返回null，方法结束。
下面来看addEntry方法源码！
2.4.2 addEntry
添加新元素节点的方法addEntry又可以分为3步：
- 判断是否需要扩容；
- 如果需要扩容，那么调用rehash方法扩容，并且重新计算新key在新数组的位置；
- 采用头插法，插入节点，方法结束；
/**
* 内部添加新节点的方法，主要分3步
* 1、判断是否需要扩容；
* 2、如果需要扩容，那么rehash()进行扩容，并且重新计算新key在行数组的位置；
* 3、采用头插法，插入节点；
*
* @param hash hashcode方法获取到的key的hash值
* @param key 键
* @param value 值
* @param index Hashtable的hash算法计算出来的键值对存放的位置
*/
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
//哈希表结构改变次数自增1，该值只与"fail-fast"机制有关
modCount++;
Entry<?, ?> tab[] = table;
/*1 如果节点数量大于等于扩容阈值，此时开始扩容*/
if (count >= threshold) {
/*2 对于底层数组进行扩容以及内部的元素重新通过hash算法计算在新数组中的位置并移动到新数组中*/
rehash();
/*对于需要新增的k-v,同样要重新计算在新数组中的位置*/
tab = table;
hash = key.hashCode();
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
/*3 创建新的entry节点，添加到链表头部，使之成为新的头节点，即"头插法"*/
//获取数组索引处的节点,该节点实际上就是链表的头节点
Entry<K, V> e = (Entry<K, V>) tab[index];
//新建entry节点,next指向原来的该位置的头节点,新节点放入数组在该索引的位置中,成为新节点。
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
//节点数量自增1
count++;
}
下面是关键源码分析：
首先是判断是否需要扩容的源码：
count >= threshold
这也就是threshold被称为扩容阈值的来源，元素数量大于等于该值就需要扩容。
然后使用rehash()方法扩容，之后注意，由于经过了扩容，数组长度可能发生了变化，那么还需要重新计算新节点的插入位置！
最后就是插入新节点，这里采用的“头插法”。所谓的“头插法”很简单，实际上就是将新点作为链表的头节点插入，在Haashtable里表示为：新节点存入数组对应索引位置，原索引位置的节点成为新节点的next节点！使用头插法主要是考虑到新插入的数据，更可能作为热点数据被使用，放在头部可以减少查找时间。
在JDK1.8之前的HashMap也是采用“头插法”插入元素节点，但是在JDK1.8时，改为“尾插法”，因为头插法在多线程操作时可能形成环形链表造成死循环，具体原理在Hashmap原理的文章中会有讲解，但是由于Hashtable是线程安全的，因此不需要改动！
下面单独来看看rehash()扩容方法！
2.4.3 rehash
扩容的方法rehash又可以分为2步：
- 数组扩容，即尝试建立一个更大的数组；
- 如果扩容成功，那么循环遍历旧的数组，转移节点到新数组，方法结束；
/**
* 内部数组扩容方法以及数据转移机制，主要分两步：
* 1、数组扩容
* 2、循环遍历旧的数组，转移节点
*/
protected void rehash() {
/*1 数组扩容*/
//获取旧的容量
int oldCapacity = table.length;
//获取旧的数组引用
Entry<?, ?>[] oldMap = table;
//新的容量为 老的容量左移一位之后再加一,即oldCapacity*2+1
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
//如果新容量减去MAX_ARRAY_SIZE大于0，这里要注意：新容量并不一定大于MAX_ARRAY_SIZE，也可能是负数
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
//如果老的容量等于MAX_ARRAY_SIZE
if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
// 那么继续使用老的容量继续运行，扩容结束，即达到了数组的最大容量，不再继续扩容了
return;
//否则新容量直接等于MAX_ARRAY_SIZE
newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
}
//新建新容量的数组
Entry<?, ?>[] newMap = new Entry<?, ?>[newCapacity];
//数组结构改变次数加1
modCount++;
//计算新的扩容阈值
threshold = (int) Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
//table指向新的数组
table = newMap;
/*2 循环遍历旧数组，进行旧的数组元素节点的转移*/
for (int i = oldCapacity; i-- > 0; ) {
//循环每一个数组节点处的链表，进行节点转移操作
for (Entry<K, V> old = (Entry<K, V>) oldMap[i]; old != null; ) {
//获取索引处的一个old节点，使用e来保存，第一次获取的e就是该索引处的链表的头节点
Entry<K, V> e = old;
//获取old节点的下一个节点
old = old.next;
//计算老节点e在新数组中的索引位置
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
/*下面两步，也是头插法的方式插入元素*/
//该节点的的下一个节点指向新数组的位置的头节点
e.next = (Entry<K, V>) newMap[index];
//新数组的头节点指向该节点
newMap[index] = e;
}
}
}
下面是关键源码分析：
首先是尝试扩容的源码：
int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
上面的代码用于计算新容量，新的容量为老的容量左移一位之后再加一，这里的<<是3运算符,能加快运算速度，用十进制表示即：newCapacity=oldCapacity*2+1，关键是下面一段代码：
if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)
这段代码用于判断是否“真的能够扩容以及是否需要重新分配新最大容量”，由于计算机的二进制运算法则，如果原本oldCapacity比较大，那么新的容量可能会小于0，从而导致意想不到的情况。
关于计算机二进制计算的坑可以看前面ArrayLsit的分析以及这篇文章：计算机进制转换详解以及Java的二进制的运算方法，在此不多赘述。
因此尝试扩容时，由于构造器中我们可以随意设置初始容量，那么根据oldCapacity的大小，可以分为三种情况：
- oldCapacity 位于[1, Integer.MAX_VALUE /2-4]
新容量newCapacity将为正数，同时if中的判断将为假。那么此时不会进入if代码块中，后续可以正常创建新数组进行扩容。 有趣的是，如果oldCapacity是Integer.MAX_VALUE /2-4，那么newCapacity正好是MAX_ARRAY_SIZE，if语句中计算的值正好为0。 - oldCapacity 位于[Integer.MAX_VALUE /2-3, Integer.MAX_VALUE -5]
由于计算机二进制计算的法则，新容量newCapacity可能为正也可能为负，但是if中的判断将一定为真。那么此时会进入if代码块中：如果oldCapacity等于MAX_ARRAY_SIZE，那么不进行扩容；否则新容量newCapacity等于MAX_ARRAY_SIZE，这么看起来，有可能是缩容而不是扩容（当oldCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE的时候，新容量等于MAX_ARRAY_SIZE，即缩小了容量）。
如果初始容量设置为Integer.MAX_VALUE - 5，那么在扩容时，newCapacity计算的结果为-11，并且-11 - MAX_ARRAY_SIZE等于2147483646，大于0，此时将会以MAX_ARRAY_SIZE为容量建立数组，我们知道MAX_ARRAY_SIZE（Integer.MAX_VALUE - 8）是小于Integer.MAX_VALUE – 5的，这就是“缩容”的由来！ - oldCapacity位于[Integer.MAX_VALUE -4, Integer.MAX_VALUE]
新容量newCapacity还是负数，并且if中的判断将为假。那么此时不会进入if代码块中，后续创建新数组进行扩容时将会抛出异常!
如果初始容量设置为Integer.MAX_VALUE -4，那么在扩容时，newCapacity计算的结果为-9，并且-9 - MAX_ARRAY_SIZE等于-2147483648，小于0，此时将会以-9为容量建立新数组，导致NegativeArraySizeException异常。
然后是数组节点转移的部分：
从旧的数组尾部开始循环每一个桶位中的链表的每一个节点，采用“头插法”转移到新的数组相应的位置上。
这里是从链表头节点开始遍历、转移的，如果原来的链表中的节点在新数组中的位置还是一样，那么新数组中该链表节点的顺序是原链表顺序的倒序！
2.5 putAll方法
public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t)
将指定映射的所有映射关系复制到此哈希表中，这些映射关系将替换此哈希表拥有的、针对当前指定映射中所有键的所有映射关系。如果指定的映射为 null，则抛出NullPointerException。
public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) {
//内部处理方式非常简单，就是循环遍历参数集合，然后调用put方法一个个的添加节点
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}
2.6 remove方法
public synchronized V remove(Object key)
从哈希表中移除该键及其相应的值。如果该键不在哈希表中，则此方法不执行任何操作。如果key为 null，则抛出NullPointerException。
remove方法比较简单，就是首先计算出key的桶位置，然后循环该位置的链表，找出相同key的节点，移除该节点并返回value，没找到就返回null。
public synchronized V remove(Object key) {
Entry<?, ?> tab[] = table;
//根据key定位到桶位置
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
//获取该位置的链表头节点
Entry<K, V> e = (Entry<K, V>) tab[index];
//循环链表，查找key相同的节点，判断是否相同是通过key的hashcode和equals方法一起比较得出来的结果
//使用prev来保存e的前驱
for (Entry<K, V> prev = null; e != null; prev = e, e = e.next) {
/*如果key相同,那么就算找到了*/
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
modCount++;
//如果前驱不为null
if (prev != null) {
//那么前驱的next节点指向e的next节点,删除e节点
prev.next = e.next;
} else {
//否则,e.next节点作为头节点,删除e节点
tab[index] = e.next;
}
//节点数量减少1
count--;
//返回e节点的value
V oldValue = e.value;
//value置空,助于GC回收
e.value = null;
return oldValue;
}
}
//但这一步说明没找到相同的key，返回null
return null;
}
2.7 get方法
public synchronized V get(Object key)
返回指定键所映射到的值，如果此映射不包含此键的映射，则返回 null。如果key为 null，则抛出NullPointerException。
get方法就更加简单了，处理过程就是计算key的hash值，判断在table数组中的索引位置，然后迭代链表，匹配直到找到相等的key返回返回value,若没有找到返回null。
public synchronized V get(Object key) {
Hashtable.Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Hashtable.Entry<?,?> e = tab[index]; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return (V)e.value;
}
}
return null;
}
2.8 clear方法
public synchronized void clear()
清空哈希表。循环将数组索引位置置空即可，后续GC将会收集没有引用到的链表。
public synchronized void clear() {
Entry<?,?> tab[] = table;
modCount++;
//循环将数组索引位置置空即可，后续GC将会收集没有引用到的链表
for (int index = tab.length; --index >= 0; )
tab[index] = null;
//count置为0
count = 0;
}
2.9 遍历的方法
虽然Map体系下面的集合并没有更加高级的迭代器（类似于liisiterator那种可以在迭代器中增删改查数据的迭代器），但是他们也有自己的遍历和设置值的方法。
Hashtable共有四种遍历的方法，三种是基于Map接口实现的：entrySet()、keySet()、values()，一种是诞生时自身就具备的：elements()、keys()。
我们主要讲解来自Map接口的遍历方法，更古老的方法并不过多介绍：
public synchronized Enumeration elements()
返回此哈希表中value的枚举。
public synchronized Enumeration keys()
返回此哈希表中的键的枚举。
2.9.1 主要类属性
首次通过某些遍历的方法请求结果视图时，将会创建一个视图对象，并赋值给下面对应的字段保存起来。因为这些结果视图和Map底层的哈希表的直接关联的，对于哈希表的改变将会反映在结果视图的遍历中。因此后续调用相同的方法，直接返回已经生成的结果视图即可，不需要创建新的视图对象，非常的巧妙！
/*保存 keySet方法返回的结果视图*/
private transient volatile Set<K> keySet;
/*保存 entrySet方法返回的结果视图*/
private transient volatile Set<Map.Entry<K, V>> entrySet;
/*保存 values方法返回的结果视图*/
private transient volatile Collection<V> values;
下面的int类型常量主要是用于keySet、values、entrySet方法返回的视图集合，在这个视图集合获取迭代器时，实际上内部调用同一个获取迭代器的方法：getIterator(int type)，返回的是同一个迭代器实现，主要是根据在构建迭代器时，传入的迭代器类型进行判断，并返回的不同的结果！具体判断规则在“Map.Entry<K,V>接口”一节部分有详解！
/*返回的迭代器集合类型*/
//keyset方法返回的set集合所使用的迭代器集合
private static final int KEYS = 0;
//values方法返回的Collection集合所使用的迭代器集合
private static final int VALUES = 1;
//entrySet方法返回的set集合所使用的迭代器集合
private static final int ENTRIES = 2;
2.9.2 entrySet方法
public synchronized Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()
返回此Map中包含的key-value键值对的set集合。该集合支持iterator、Iterator.remove、Set.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作。即此set支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系，但它不支持 add 或 addAll 操作。
2.9.2.1 entrySet方法
先看看entrySet方法的源码：
public Set<Map.Entry<K, V>> entrySet() {
//判断entrySet视图是否为null
if (entrySet == null)
//如果为null则说明是第一次调用entrySet方法,那么创建试图对象并且赋值给entrySet字段
entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
//返回entrySet视图对象
return entrySet;
}
我们看到内部实际上调用的Collections集合工具类的synchronizedSet方法，该方法将会基于原集合进行包装，并返回新的一个同步的SynchronizedSet类型的包装集合，其操作元素的方法还是调用的传入的原始集合的方法，这里传入的集合是一个EntrySet。
2.9.2.2 EntrySet内部类
来看看EntrySet的源码：
private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K, V>> {
/**
* 支持迭代器操作
*/
public Iterator<Map.Entry<K, V>> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
}
/**
* 不支持 add 或 addAll 操作，因为它的add方法是调用父类 AbstractSet的方法，而AbstractSet中add方法的实现是抛出异常
*/
public boolean add(Map.Entry<K, V> o) {
return super.add(o);
}
/**
* 支持contains操作，实际上底层就是操作的table数组
*/
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>)o;
Object key = entry.getKey();
Hashtable.Entry<?,?>[] tab = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Hashtable.Entry<?,?> e = tab[index]; e != null; e = e.next)
if (e.hash==hash && e.equals(entry))
return true;
return false;
}
/**
* 支持remove操作，实际上底层就是操作的table数组
*/
public boolean remove(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>) o;
Object key = entry.getKey();
Hashtable.Entry<?,?>[] tab = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
Hashtable.Entry<K,V> e = (Hashtable.Entry<K,V>)tab[index];
for(Hashtable.Entry<K,V> prev = null; e != null; prev = e, e = e.next) {
if (e.hash==hash && e.equals(entry)) {
modCount++;
if (prev != null)
prev.next = e.next;
else
tab[index] = e.next;
count--;
e.value = null;
return true;
}
}
return false;
}
/**
* 支持size操作
*
* @return
*/
public int size() {
return count;
}
/**
* 支持clear操作
*/
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}
EntrySet表示Map的键值对对象(Map.Entry<K, V>)的set集合
这里的EntrySet实际上是一个Hashtable中的内部类，操作元素的方法，都是基于底层哈希表操作的。
支持iterator、Iterator.remove、Set.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作，此 set 支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系。
不支持 add 或 addAll 操作,因为它的add方法是调用父类 AbstractSet的方法，而AbstractSet中add方法的实现是抛出异常。
2.9.2.3 synchronizedSet方法
再来看看Collections.synchronizedSet的源码：
/**
* 返回一个同步set集合
*
* @param s 原集合
* @param mutex 用来作为锁的对象
* @return 同步的新集合, 是SynchronizedSet类型
*/
static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s, Object mutex) {
return new SynchronizedSet<>(s, mutex);
}
/**
* SynchronizedSet集合,的主要方法都是继承SynchronizedCollection的方法
*/
static class SynchronizedSet<E> extends SynchronizedCollection<E> implements Set<E> {
private static final long serialVersionUID = 487447009682186044L;
SynchronizedSet(Set<E> s) {
super(s);
}
SynchronizedSet(Set<E> s, Object mutex) {
super(s, mutex);
}
public boolean equals(Object o) {
if (this == o)
return true;
synchronized (mutex) {
return c.equals(o);
}
}
public int hashCode() {
synchronized (mutex) {
return c.hashCode();
}
}
}
/**
* SynchronizedCollection实现了同步集合的大部分方法,很容易就能看出来:
* 它的同名方法全都是调用的传入的集合（第一个参数）的方法，并且使用传入的第二个参数作为锁对象，通过同步块的方法来最终实现同步的
* 实际上这就是Java设计模式——"装饰设计模式"的应用
*/
static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;
//第一个参数,原集合
final Collection<E> c; // Backing Collection
//第二个参数作为锁
final Object mutex; // Object on which to synchronize
SynchronizedCollection(Collection<E> c) {
this.c = Objects.requireNonNull(c);
mutex = this;
}
SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {
this.c = Objects.requireNonNull(c);
this.mutex = Objects.requireNonNull(mutex);
}
/**
* 装饰加强后的方法
*
* @return
*/
public int size() {
//同步块
synchronized (mutex) {
//调用被装饰集合的方法
return c.size();
}
}
public boolean isEmpty() {
synchronized (mutex) {
return c.isEmpty();
}
}
public boolean contains(Object o) {
synchronized (mutex) {
return c.contains(o);
}
}
//…………
}
从源码能看出来，实际上Collections.synchronizedSet方法，就是一个装饰设计模式的方法，传入一个EntrySet对象和this对象，然后返回一个SynchronizedSet对象，该对象内部保存了传入的两个参数，它的同名方法，底层还是调用EntrySet对象的同名方法，并且使用this对象作为锁，这样就完成了对EntrySet对象方法的装饰加强，实现了同步！
2.9.2.4 Map.Entry<K,V>接口
我们看到返回的set集合的元素是Map.Entry<K,V>类型，实际上该类型就是表示集合中的映射项（键-值对）。一个Map.Entry对象就表示一个键值对，那么这个键值对和Hashtable中的节点对象Entry有什么联系吗？
实际上，Map.Entry追溯到最顶层，它出现在Map接口，Entry作为Map接口的内部接口，现在我们猜也能猜出来，这个Entry接口实际上是作为Map集合体系中的节点的超级接口，Map的具体实现类的内部节点类均需要实现该Map.Entry接口。
到这里我们就是知道了，我们获取的Map.Entry对象实际上返回的是各个Map实现类的节点对象，在Hashtable中我们获取的是Entry节点（Entry内部类实现了Map.Entry接口），在HashMap中我们获取的是Node节点（Node内部类也实现了Map.Entry接口）……
Map.Entry接口提供的方法如下，实际上在前面的Entry节点内部类的介绍中已经说了，这些方法也是Entry节点的方法：
| boolean | equals(Object o) 比较指定对象与此项的相等性。 |
| K | getKey() 返回与此项对应的键。 |
| V | getValue() 返回与此项对应的值。 |
| int | hashCode() 返回此映射项的哈希码值。 |
| V | setValue(V value) 用指定的值替换与此项对应的值（可选操作）。 |
Map.Entry是通的entrySet()方法获取的set集合的iterator(int type)方法获取到的。EntrySet的iterator方法实现如下：
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
}
我们可以看到传入的类型是ENTRIES类型，那么该迭代器获取的元素类型将会是一个Entry。
实际上内部的Enumerator迭代器内部会根据传入的类型返回的不同的元素：
return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
可以看到，如果是KEYS类型，那么返回entry节点的key；如果是VALUES类型那么就返回entry节点的value；否则，那就是ENTRIES，那么就直接返回entry节点。
2.9.3 keySet方法
public synchronized Set keySet()
返回此哈希表中key的set集合。
查看keySet的源码，可以发现和EntrySet的源码非常相似：
public Set<K> keySet() {
if (keySet == null)
keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
return keySet;
}
同样采用了装饰设计模式，只不过这里的被装饰的类变成了KeySet类。同样该集合支持iterator、Iterator.remove、Set.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作。即此set支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系，但它不支持 add 或 addAll 操作。
private class KeySet extends AbstractSet<K> {
/**
* KeySet集合迭代器的获取,可以看到传入的KEYS类型
*/
public Iterator<K> iterator() {
return getIterator(KEYS);
}
/**
* 支持size操作
*/
public int size() {
return count;
}
/**
* 支持contains操作,实际上是调用了外部类Hashtable的containsKey方法
*/
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
/**
* 支持remove操作,实际上是调用了外部类Hashtable的remove方法
* 前面添加的Hashtable.this.前缀是为了引导调用外部类的同名方法
*/
public boolean remove(Object o) {
return Hashtable.this.remove(o) != null;
}
/**
* 支持clear操作,实际上是调用了外部类Hashtable的clear方法
* 前面添加的Hashtable.this.前缀是为了引导调用外部类的同名方法
*/
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}
2.9.4 values方法
public synchronized Collection values()
返回此哈希表中value的 Collection 集合。
查看values的源码，可以发现和EntrySet、keySet的源码非常相似：
public Collection<V> values() {
if (values==null)
values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(), this);
return values;
}
同样采用了装饰设计模式，只不过这里的被装饰的类变成了ValueCollection类。同样该集合支持iterator、Iterator.remove、Collection.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作。即此Collection支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系，但它不支持 add 或 addAll 操作。
注意由于Map中的value是可能相等的，因此这里的Collection.remove方法移除的是找到的第一个相等value的键值对。
3 HashMap 和 Hashtable的异同与应用
3.1 基于JDK1.8的HashMap 和 Hashtable的异同
相同点：
- 都是Map接口实现类，属于Map体系的集合，都可以存放键值对，都属于哈希表的实现，存放的键值对都是无序的。
不同点：
- 总体情况： HashMap 是JDK1.2 新添加的类，类当中方法的所有实现都是异步的，数据不安全，效率高。Hashtable是JDK1.0固有的类，类当中所有方法的实现都是同步的，数据安全的，效率低；
- 是否允许null： HashMap 的key和value允许 null; Hashtable 的key和value不允许 null；
- 遍历方式： hashMap具有Map接口的3种遍历方式keySet()、values()、entrySet()，Hashtable除了具有具有Map接口的3种遍历方式之外，还有自己的keys()、elements()方法可以遍历Map；
- 初始容量： HashMap 的默认初始容量为11；Hashtable的默认初始容量为16。
- 哈希算法： HashMap的哈希算法是对key的hash值进行了扰动运算（JDK1.8是1次位运算 + 1次异或运算），然后用结果和（容量-1）做&运算。Hashtable的哈希算法是对key的hash值和int最大值(0x7FFFFFFF)进行&运算，然后用结果对容量求余%，并没有扰动运算，因此HashMap的元素分布更加均匀（扰动算法能够让哈希值分部的更加规律）。
- 扩容增量： Hashtable扩容之后的容量是原容量的两倍加1。HashMap扩容之后的容量是原容量的两倍。HashMap的容量要求必须为2的幂次方，无论是初始容量还是扩容后的容量，Hashtable的初始化容量则没有要求。
- 数据结构： JDK1.8中HashMap使用了数组+链表+红黑树的数据结构实现哈希表，而Hashtable而是使用了数组+链表的数据结构实现哈希表，HashMap的实现更加复杂，但是查找效率更高。
- 插入节点方式： JDK1.8中HashMap使用“尾插法“插入新节点，而Hashtable使用“头插法”插入新节点。实际上在JDK1.8之前的HashMap也是采用头插法插入元素节点，但是在JDK1.8时，改为尾插法，因为头插法在多线程操作时可能形成环形链表造成死循环，但是由于Hashtable是线程安全的，因此不需要改动！
3.2 HashMap 和 Hashtable的应用
在单线程环境下，推荐使用HashMap，因为没有同步，以及底层数据结构更加先进，速度更快；在并发环境下，不能使用HashMap，但是也不推荐使用Hashtable，因为HashTable锁住的是整个方法，锁粒度太大，只有一把锁，严重影响性能，推荐使用JUC包下面的ConcurrentHashMap，它采用Lock和CAS机制，降低锁粒度，具有多把锁，提升了并发量！
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