HashMap 和 HashTable 的不同

1.代码版本不同

        HashMap与HashTable出现在jdk的版本不同,HashTable产生于JDK 1.1,而HashMap产生于JDK 1.2。从时间角度上考量,HashMap要比HashTable出现得晚一些。

2.作者不同

    

    以下是HashMap的作者:

      以下代码及注释来自java.util.HashTable

        HashMap和HashTable都是基于哈希表来实现键值映射的工具类。讨论他们的不同,我们首先来看一下他们暴露在外的API    有什么不同。

         * @author Arthur van Hoff
        * @author Josh Bloch
        * @author Neal Gafter


    以下是HashMap的作者:

    以下代码及注释来自java.util.HashMap

        * @author Doug Lea 
        * @author Josh Bloch 
        * @author Arthur van Hoff 
        * @author Neal Gafter

3.接口的不同

        HashMap和HashTable都是基于哈希表来实现键值映射的工具类。讨论他们的不同,我们首先来看一下他们暴露在外的API有什么不同。

        HashMap类继承体系


    HashTable类继承体系


      从图中可以看出,两个类的继承体系有些不同。虽然都实现了Map、Cloneable、Serializable三个接口。但是HashMap继承自抽象类AbstractMap,而HashTable继承自抽象类Dictionary。其中Dictionary类是一个已经被废弃的类,这一点我们可以从它代码的注释中看到:

以下代码及注释来自java.util.Dictionary   

* <strong>NOTE: This class is obsolete. New implementations should 

* implement the Map interface, rather than extending this class.</strong>

4.Null Key & Null Value

   HashMap是支持null键和null值的,而HashTable在遇到null时,会抛出NullPointerException异常。这并不是因为HashTable有什么特殊的实现层面的原因导致不能支持null键和null值,这仅仅是因为HashMap在实现时对null做了特殊处理,将null的hashCode值定为了0,从而将其存放在哈希表的第0个bucket中。我们一put方法为例,看一看代码的细节:

以下代码及注释来自java.util.HashTable
 
public synchronized V put(K key, V value) {
 
     // 如果value为null,抛出NullPointerException
     if (value == null ) {
         throw new NullPointerException();
     }
 
     // 如果key为null,在调用key.hashCode()时抛出NullPointerException
 
     // ...
}


以下代码及注释来自java.util.HasMap
 
public V put(K key, V value) {
     if (table == EMPTY_TABLE) {
         inflateTable(threshold);
     }
     // 当key为null时,调用putForNullKey特殊处理
     if (key == null )
         return putForNullKey(value);
     // ...
}
 
private V putForNullKey(V value) {
     // key为null时,放到table[0]也就是第0个bucket中
     for (Entry<K,V> e = table[ 0 ]; e != null ; e = e.next) {
         if (e.key == null ) {
             V oldValue = e.value;
             e.value = value;
             e.recordAccess( this );
             return oldValue;
         }
     }
     modCount++;
     addEntry( 0 , null , value, 0 );
     return null ;
}


5.实现原理

    HashMap和HashTable都使用哈希表来存储键值对。在数据结构上是基本相同的,都创建了一个继承自Map.Entry的私有的内部类Entry,每一个Entry对象表示存储在哈希表中的一个键值对。

Entry对象唯一表示一个键值对,有四个属性:  

-K key 键对象 

-V value 值对象 

-int hash 键对象的hash值 

-Entry entry 指向链表中下一个Entry对象,可为null,表示当前Entry对象在链表尾部

    可以说,有多少个键值对,就有多少个Entry对象,那么在HashMap和HashTable中是怎么存储这些Entry对象,以方便我们快速查找和修改的呢?请看下图。



    上图画出的是一个桶数量为8,存有5个键值对的HashMap/HashTable的内存布局情况。可以看到HashMap/HashTable内部创建有一个Entry类型的引用数组,用来表示哈希表,数组的长度,即是哈希桶的数量。而数组的每一个元素都是一个Entry引用,从Entry对象的属性里,也可以看出其是链表的节点,每一个Entry对象内部又含有另一个Entry对象的引用。

    这样就可以得出结论,HashMap/HashTable内部用Entry数组实现哈希表,而对于映射到同一个哈希桶(数组的同一个位置)的键值对,使用Entry链表来存储(解决hash冲突)。

以下代码及注释来自java.util.HashTable
 
/**
  * The hash table data.
  */
private transient Entry<K,V>[] table;
 
 
以下代码及注释来自java.util.HashMap
 
/**
  * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
  */
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;
从代码可以看到,对于哈希桶的内部表示,两个类的实现是一致的。


6.算法

    上一小节已经说了用来表示哈希表的内部数据结构。HashMap/HashTable还需要有算法来将给定的键key,映射到确定的hash桶(数组位置)。需要有算法在哈希桶内的键值对多到一定程度时,扩充哈希表的大小(数组的大小)。本小节比较这两个类在算法层面有哪些不同。

初始容量大小和每次扩充容量大小的不同。先看代码:

以下代码及注释来自java.util.HashTable
 
// 哈希表默认初始大小为11
public Hashtable() {
     this ( 11 , 0 .75f);
}
 
protected void rehash() {
     int oldCapacity = table.length;
     Entry<K,V>[] oldMap = table;
 
     // 每次扩容为原来的2n+1
     int newCapacity = (oldCapacity << 1 ) + 1 ;
     // ...
}
 
 
以下代码及注释来自java.util.HashMap
 
// 哈希表默认初始大小为2^4=16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4 ; // aka 16
 
void addEntry( int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
     // 每次扩充为原来的2n
     if ((size >= threshold) && ( null != table[bucketIndex])) {
  

    可以看到HashTable默认的初始大小为11,之后每次扩充为原来的2n+1。HashMap默认的初始化大小为16,之后每次扩充为原来的2倍。还有我没列出代码的一点,就是如果在创建时给定了初始化大小,那么HashTable会直接使用你给定的大小,而HashMap会将其扩充为2的幂次方大小。

    也就是说HashTable会尽量使用素数、奇数。而HashMap则总是使用2的幂作为哈希表的大小。我们知道当哈希表的大小为素数时,简单的取模哈希的结果会更加均匀(具体证明,见这篇文章),所以单从这一点上看,HashTable的哈希表大小选择,似乎更高明些。但另一方面我们又知道,在取模计算时,如果模数是2的幂,那么我们可以直接使用位运算来得到结果,效率要大大高于做除法。所以从hash计算的效率上,又是HashMap更胜一筹。

    所以,事实就是HashMap为了加快hash的速度,将哈希表的大小固定为了2的幂。当然这引入了哈希分布不均匀的问题,所以HashMap为解决这问题,又对hash算法做了一些改动。具体我们来看看,在获取了key对象的hashCode之后,HashTable和HashMap分别是怎样将他们hash到确定的哈希桶(Entry数组位置)中的。

以下代码及注释来自java.util.HashTable
 
// hash 不能超过Integer.MAX_VALUE 所以要取其最小的31个bit
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF ) % tab.length;
 
// 直接计算key.hashCode()
private int hash(Object k) {
     // hashSeed will be zero if alternative hashing is disabled.
     return hashSeed ^ k.hashCode();
}
 
 
以下代码及注释来自java.util.HashMap
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
 
// 在计算了key.hashCode()之后,做了一些位运算来减少哈希冲突
final int hash(Object k) {
     int h = hashSeed;
     if ( 0 != h && k instanceof String) {
         return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
     }
 
     h ^= k.hashCode();
 
     // This function ensures that hashCodes that differ only by
     // constant multiples at each bit position have a bounded
     // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
     h ^= (h >>> 20 ) ^ (h >>> 12 );
     return h ^ (h >>> 7 ) ^ (h >>> 4 );
}
 
// 取模不再需要做除法
static int indexFor( int h, int length) {
     // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
     return h & (length- 1 );
}
     正如我们所言,HashMap由于使用了2的幂次方,所以在取模运算时不需要做除法,只需要位的与运算就可以了。但是由于引入的hash冲突加剧问题,HashMap在调用了对象的hashCode方法之后,又做了一些位运算在打散数据。

就是HashMap和HashTable在计算hash时都用到了一个叫hashSeed的变量。这是因为映射到同一个hash桶内的Entry对象,是以链表的形式存在的,而链表的查询效率比较低,所以HashMap/HashTable的效率对哈希冲突非常敏感,所以可以额外开启一个可选hash(hashSeed),从而减少哈希冲突。

7.线程安全

我们说HashTable是同步的,HashMap不是,也就是说HashTable在多线程使用的情况下,不需要做额外的同步,而HashMap则不行。那么HashTable是怎么做到的呢?

以下代码及注释来自java.util.HashTable
 
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 ;
}
 
public Set<K> keySet() {
     if (keySet == null )
         keySet = Collections.synchronizedSet( new KeySet(), this );
     return keySet;
}
可以看到,也比较简单,就是公开的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍历视图比如keySet都使用了Collections.synchronizedXXX进行了同步包装。

8. HashTable已经被淘汰了,不要在代码中再使用它

      以下描述来自于HashTable的类注释:  

If a thread-safe implementation is not needed, it is recommended to use HashMap in place of Hashtable. If a thread-safe highly-concurrent implementation is desired, then it is recommended to use java.util.concurrent.ConcurrentHashMap in place of Hashtable.  

简单来说就是,如果你不需要线程安全,那么使用HashMap,如果需要线程安全,那么使用ConcurrentHashMap。HashTable已经被淘汰了,不要在新的代码中再使用它。




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