HashMap和Hashtable 之源代码详解
Hashtable从JDK1.0就已经有了, 所以让我们先来看看它是怎么工作, 然后有浅入深, 来研究HashMap的原理, 以及两者的不同点.
Hashtable有几个主要的字段, 如下,
/**
* The hash table data.
*/
private transient Entry[] table;
/**
* The total number of entries in the hash table.
*/
private transient int count;
/**
* The table is rehashed when its size exceeds this threshold. (The
* value of this field is (int)(capacity * loadFactor).)
*
* @serial
*/
private int threshold;
其中最重要的就是那个table数组了. 它就是整个hashtable的基本数据结构! 在来看一下这个字段
private transient Entry[] table;
可以看到, hashtable的基本数据结构就是, 一个包涵Entry类的二维数组. 而这个Entry类是hashtable的内在类, 它其实是一个单向链, 让我们详细分析一下.
private static class Entry int hash; K key; V value; Entry ... ... 看到这里有没有想到学校里教的数据结构原理这门课呢? Entry类就是定义了一个很简单的单向链结构, 它里面包括key, value和下个Entry类的对象next. 在这里我在强调一下, hashtable的数据结构就是一个包涵单向链的二维数组. 接下来让我们来看看hashtable的构造器是长的什么样的. 最长用的 public Hashtable() { this(11, 0.75f); } 这个构造器调用了另外一个构造器 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)(initialCapacity * loadFactor); } 细读代码后, 我们发现这个构造器构造了table字段和threshold. Table前面已经详细讲了, 那么这个threshold又是什么东东呢? 其实这个threshold对hashtalbe的性能影响是很大的! 因为table是个数组, 如果在hashtable中保存的实体大于一定的数量后, 对数据的读写就会有很慢, 那是因为, 很多数据都保存在entry类的单向链中, 每次读写都要比对链中所有的数据, 链越长读写就越慢. 所以当数据容量大于threshold的时候, hashtable就会做rehash(), rehash把table的容量扩大一倍, 再把从前在table里的数据统统搬回新的table. 这样的一个过程, 开销是多么的大呀. threshold = (int)(initialCapacity * loadFactor); Hashtable类提供了构造涵数, 用户可以自定, intitialCapacity和loadFactor. 对于那些大概知道容量的hashtable, 用户应该自定intitialCapacity. 这样的话, 就可以省去一大笔rehash的开销. 现在让我们来看hashtable的put和get操作 public synchronized V get(Object key) { Entry tab[] = table; int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return e.value; } } return null; } 先来看get方法, get可谓是hashtable中的最基本方法了, 它是通过key来拿到hashtable中的value. int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 从key拿到hashCode, 从hashCode再计算出在table中的index, 也就是在数组中的第几个列. 至于为什么要与 0x7FFFFFFF, 那是hashtable 提供的hash算法, hashMap提供了不同的算法, 用户如果要定义自己的算法也是可以的. 如果要知道不同的具体算法, 就google or 百度一下吧. 好了, 现在我们有了index, 就可以到table数组里的entry单向链去找value啦. for (Entry if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return e.value; } } for语句就是简单的检索entry的单链, if语句检查key是否相同. 这里就遇到了java学习中的一个重大知识点. hasCode()和equal()的关系. 大家都学过如果hasCode()的值相同的话, equal不一定相同, 而如果equal相同的话, hasCode一定要相同. 但那是为什么呢? 其实答案就在上面的代码中! Hashtable的数据结构是一个包涵单向链的二维数组. 从hasCode我们得到hash和index, 并得以确定这个key在table数组中的第几个列, 然而这显然是不够的, 因为, entry类是一个单向列, 它可以是一个, 也可能是很多个key组成, 那么要从一系列有着相同hasCode的entry中找到, 我们所要的key的话, 就要用equals了. 只有两个key是相等的, 那才是我们要找的. 找到key之后, 只要简单的把value返回就好了. 如果对entry类还有疑问的话, 请参考前面的解释. 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(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; for (Entry if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { V old = e.value; e.value = value; return old; } } modCount++; if (count >= threshold) { // Rehash the table if the threshold is exceeded rehash(); tab = table; index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; } // Creates the new entry. Entry tab[index] = new Entry count++; return null; } 接下来再来看看put方法, 理解了get, put就很容易弄明白了. 首先, 要放入hashtable的value不能是null, 否则就报错. 其次, 然后要确保key不能已经在hashtable里面, 有的话, 就返回value. 再次, 检查是否容量已经太大, 如果太大话就rehash, 这会是一个很浪费资源的方法, 请参考前文. 最后, 也是最重要的, 我们要把key-value保存到hashtable中去. Entry tab[index] = new Entry 1.2.中 protected Entry(int hash, K key, V value, Entry this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } 拿到当前在table数组中的entry对象. 根据传入的key和value建一个新的entry并赋予给当前的table的index 这是entry类的构造函数. 简单的说, 就是在单链的最前端加了个新的entry对 象. 从这里也可以看出, 对于那些后写入的object, 反而可以以比较快的速度读出, 那是因为后写入的object, 总是在链的前端. 看完了hashtable, 我们在来看看hashMap hashMap可以算作是hashtable的升级版本, 最早从1.2开始有的. 整体上hashMap对hashtable类优化了代码. 比如说, 消除了hardcoding, 增加了code reuse等等. 但是, 两者之间最主要的不同有两点. 1. hashMap的读写是unsynchronized, 在多线程的环境中要注意使用 而hashtable是synchronized 这两者的不同是通过在读写方法上加synchronized关键字来实现的. hashMap public V put(K key, V value) public V get(Object key) hashtable public synchronized V get(Object key) public synchronized V put(K key, V value) 可能有人问, 能synchronized, 能线程安全好啊. 为什么不要呢? 这里其实还是一个效率的问题. 对于线程安全的方法, 系统要进行加锁, 减锁操作. 性能会有很大的影响. 由于很多程序是在单线程或者说是线程安全的情况下工作的, 所以用synchronized就显得多余了. 3. 第二个不同是hashMap可以放空值, 而hashtable就会报错. hashMap public V put(K key, V value) { if (key == null) return putForNullKey(value); hashtable public synchronized V put(K key, V value) { // Make sure the value is not null if (value == null) { throw new NullPointerException(); } 因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
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