Map 综述 彻头彻尾理解 HashTable
来源:互联网 发布:js concat连接字符串 编辑:程序博客网 时间:2024/06/11 10:26
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本文所有关于Hashtable的源码都是基于 JDK 1.6 的,不同 JDK 版本之间也许会有些许差异,但不影响我们对 Hashtable 的数据结构、原理等整体的把握和了解。
为了更好地了解Hashtable,建议读者先对HashMap有一个深入的了解,读者可参考我的博文《Map 综述(一):彻头彻尾理解 HashMap》进行回顾和温习。
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本文原创作者:书呆子Rico
作者博客地址:http://blog.csdn.net/justloveyou_/
一. Hashtable 概述
Hashtable和HashMap既是 java Collection Framework 的重要成员,也是Map族(如下图所示)的核心成员,二者的底层实现都是一个 链表数组,具有寻址容易、插入和删除也容易的特性。事实上,HashMap几乎可以等价于Hashtable,除了HashMap是非线程安全的并且可以接受null键和null值。
二. Hashtable 在 JDK 中的定义
Hashtable实现了Map接口,并继承Dictionary抽象类 (已过时,新的实现应该实现 Map 接口而不是扩展此类),其在JDK中的定义为:
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与HashMap类似,Hashtable也包括五个成员变量,分别是table数组、Hashtable中Entry个数count、Hashtable的阈值threshold、Hashtable的负载因子loadFactor 和 Hashtable结构性修改次数modCount。下面分别给出这五个成员的具体内涵:
Entry数组table: 一个由Entry对象组成的链表数组,table数组的每一个数组成员就是一个链表;
Entry个数count: Hashtable中Entry对象的个数;
阈值threshold: Hashtable进行扩容的阈值;
负载因子loadFactor: 在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度,默认为0.75;
结构性修改次数modCount: 记录Hashtable生命周期中结构性修改的次数,便于快速失败(所谓快速失败是指其在并发环境中进行迭代操作时,若其他线程对其进行了结构性的修改,这时迭代器能够立马感知到并且立即抛出ConcurrentModificationException异常,而不是等到迭代完成之后才告诉你(你已经出错了));
三. Hashtable 的构造函数
Hashtable 一共提供了四个构造函数,其中默认无参的构造函数和参数为Map的构造函数为 Java Collection Framework 规范的推荐实现,其余两个构造函数则是Hashtable专门提供的。
1、Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor)
该构造函数意在构造一个指定初始容量和指定负载因子的空 Hashtable,其源码如下:
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2、Hashtable()
该构造函数意在构造一个具有默认初始容量(11)和默认负载因子(0.75f)的空 Hashtable,是 Java Collection Framework 规范推荐提供的,其源码如下:
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3、Hashtable(int initialCapacity)
该构造函数意在构造一个指定初始容量和默认负载因子(0.75f)的空Hashtable,其源码如下:
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4、Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t)
该构造函数意在构造一个与指定 Map 具有相同映射的Hashtable,其初始容量不小于11(具体依赖于指定Map的大小),负载因子是0.75f,是 Java Collection Framework 规范推荐提供的,其源码如下:
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与HashMap类似,构建一个Hashtable时也需要指定初始容量和负载因子这两个非常重要的参数,它们是影响Hashtable性能的关键因素。其中,容量表示哈希表中桶的数量(table 数组的大小),初始容量是创建哈希表时桶的数量;负载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度,它衡量的是一个散列表的空间的使用程度,负载因子越大表示散列表的装填程度越高,反之愈小。
对于Hashtable而言,查找一个元素的平均时间是O(1+a)(a 指的是链的长度,是一个常数)。特别地,负载因子越大,对空间的利用更充分,但查找效率的也就越低;若负载因子越小,那么哈希表的数据将越稀疏,对空间造成的浪费也就越严重。系统默认负载因子为0.75f,这是时间和空间成本上一种折衷,一般情况下我们是无需修改的。
四. Hashtable 的数据结构
我们知道,在Java中最常用的两种结构是数组和链表,其中,数组的特点是:寻址容易,插入和删除困难;而链表的特点是:寻址困难,插入和删除容易。Hashtable和HashMap综合了两者的特性,是一种寻址容易、插入和删除也容易的数据结构。实际上,Hashtable和HashMap本质上都是一个 链表数组,如下所示:
从上图中,我们可以形象地看出Hashtable底层实现还是数组,只是数组中存放的元素是Entry对象,而Entry对象是一种典型链状结构,定义如下:
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Entry为Hashtable的内部类,实现了Map.Entry接口,是个典型的四元组,包含了键key、值value、指向下一个节点的指针next,以及Key的hash值四个属性。事实上,Entry是构成哈希表的基石,是哈希表所存储的元素的具体形式。
五. Hashtable 的快速存取
我们知道,在HashMap中,最常用的两个操作就是:put(Key,Value) 和 get(Key)。同样地,这两个操作也是Hashtable最常用的两个操作。下面我们结合JDK源码看Hashtable的存取实现。
1、Hashtable 的存储实现
在Hashtable中,键值对的存储是也是通过 put(key, vlaue) 方法来实现的,不同于HashMap的是,其put操作是线程安全的,源码如下:
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通过上述源码我们可以看出,Hashtable与HashMap保存数据的过程基本相同:首先,计算key的hash值并确定K/V对要插入的桶位;其次,查找该桶位中是否存在具有相同的key的K/V对,若存在则覆盖直接对应的value值,否则将该节点(K/V)保存在桶中的链表的链头位置(最先保存的元素放在链尾)。当然,若该桶位是空的,则直接保存。特别地,在一些细节上,Hashtable与HashMap还是有一定的差别的:
Hashtable不同于HashMap,前者既不允许key为null,也不允许value为null;
HashMap中用于定位桶位的Key的hash的计算过程要比Hashtable复杂一点,没有Hashtable如此简单、直接;
在HashMap的插入K/V对的过程中,总是先插入后检查是否需要扩容;而Hashtable则是先检查是否需要扩容后插入;
Hashtable不同于HashMap,前者的put操作是线程安全的。
2、Hashtable 的重哈希操作
重哈希过程主要是一个重新计算原Hashtable中的元素在新table数组中的位置并进行复制处理的过程,我们直接看其源码:
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特别需要注意的是,在重哈希的过程中,原属于同一个桶中的Entry对象可能会被分到不同的桶,因为Hashtable的容量发生了变化,那么(e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity的值也会发生相应的变化。退一步说,如果重哈希后原属于一个桶中的Entry对象仍属于同一桶,那么重哈希也就失去了意义。
3、Hashtable 的读取实现
相对于Hashtable的存储操作而言,读取就显得比较简单了。因为Hashtable只需通过key的hash值定位到table数组的某个特定的桶,然后查找并返回该key对应的value即可,源码如下:
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在这里能够根据key快速的取到value,除了和Hashtable的数据结构密不可分外,还和Entry有莫大的关系。在前面就已经提到过,Hashtable在存储过程中并没有将key,value分开来存储,而是当做一个整体Entry对象(四元组)来处理的。可以看到,在Entry对象中,value的地位要比key低一些,相当于是 key 的附属。在读取细节上,Hashtable与HashMap的主要差别如下:
不同于HashMap,Hashtable的读取操作是同步的;
在HashMap中,若读取到的Value值为NULL,则存在如下两种可能:该key对应的值就是null或者HashMap 中不存在该key;而在Hashtable中却只有一种可能:Hashtable中不存在含有该key的Entry。造成这种差别的原因正是二者对Key和Value的限制的不同:HashMap最多允许一个Key为null,但允许多个value值为null;Hashtable既不允许空的Key,也不允许空的Value。
六. HashMap、Hashtable 与ConcurrentHashMap的联系与区别
1、Hashtable与HashMap的联系与区别
(1). HashMap和Hashtable的实现模板不同:虽然二者都实现了Map接口,但HashTable继承于Dictionary类,而HashMap是继承于AbstractMap。Dictionary是是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类,而AbstractMap是基于Map接口的骨干实现,它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
(2). HashMap和Hashtable对键值的限制不同:HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value,但是HashTable中的key和value都不允许为null。
(3). HashMap和Hashtable的线程安全性不同:Hashtable的方法是同步的,实现线程安全的Map;而HashMap的方法不是同步的,是Map的非线程安全实现。
(4). HashMap和Hashtable的地位不同:在并发环境下,Hashtable虽然是线程安全的,但是我们一般不推荐使用它,因为有比它更高效、更好的选择ConcurrentHashMap;而单线程环境下,HashMap拥有比Hashtable更高的效率(Hashtable的操作都是同步的,导致效率低下),所以更没必要选择它了。
2、Hashtable与ConcurrentHashMap的联系与区别
Hashtable和ConcurrentHashMap都可以用于并发环境,但是Hashtable的并发性能远不如ConcurrentHashMap,这种差异是由它们的底层实现决定的。在《彻头彻尾理解 ConcurrentHashMap》一文中,我们知道ConcurrentHashMap引入了分段锁机制,在默认理想状态下,ConcurrentHashMap可以支持16个线程执行并发写操作及任意数量线程的读操作;而Hashtable无论在读的过程中还是写的过程中都会锁定整个map,因此在并发效率上远不如ConcurrentHashMap。
此外,Hashtable和ConcurrentHashMap对键值的限制相同,二者的key和value都不允许是null。
七. 更多
如果读者需要要深入了解 HashMap,请移步我的博文《Map 综述(一):彻头彻尾理解 HashMap》。
如果读者需要要深入了解 ConcurrentHashMap,请移步我的博文《彻头彻尾理解 ConcurrentHashMap》。
更多关于哈希(Hash)和equals方法的介绍,请移步我的博文《Java 中的 ==, equals 与 hashCode 的区别与联系》。
更多关于 Java SE 进阶 方面的内容,请关注我的专栏 《Java SE 进阶之路》。本专栏主要研究Java基础知识、Java源码和设计模式,从初级到高级不断总结、剖析各知识点的内在逻辑,贯穿、覆盖整个Java知识面,在一步步完善、提高把自己的同时,把对Java的所学所思分享给大家。万丈高楼平地起,基础决定你的上限,让我们携手一起勇攀Java之巅…
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