HashMap、HashSet和Hashtable的区别

来源：互联网发布：欧莱雅男士洗面奶知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/22 01:32

hashmap实现原理浅析

看了下JAVA里面有HashMap、Hashtable、HashSet三种hash集合的实现源码，这里总结下，理解错误的地方还望指正

HashMap和Hashtable的区别

HashSet和HashMap、Hashtable的区别

HashMap和Hashtable的实现原理

HashMap的简化实现MyHashMap

HashMap和Hashtable的区别

两者最主要的区别在于Hashtable是线程安全，而HashMap则非线程安全
Hashtable的实现方法里面都添加了synchronized关键字来确保线程同步，因此相对而言HashMap性能会高一些，我们平时使用时若无特殊需求建议使用HashMap，在多线程环境下若使用HashMap需要使用Collections.synchronizedMap()方法来获取一个线程安全的集合（Collections.synchronizedMap()实现原理是Collections定义了一个SynchronizedMap的内部类，这个类实现了Map接口，在调用方法时使用synchronized来保证线程同步,当然了实际上操作的还是我们传入的HashMap实例，简单的说就是Collections.synchronizedMap()方法帮我们在操作HashMap时自动添加了synchronized来实现线程同步，类似的其它Collections.synchronizedXX方法也是类似原理）
HashMap可以使用null作为key，而Hashtable则不允许null作为key
虽说HashMap支持null值作为key，不过建议还是尽量避免这样使用，因为一旦不小心使用了，若因此引发一些问题，排查起来很是费事
HashMap以null作为key时，总是存储在table数组的第一个节点上
HashMap是对Map接口的实现，HashTable实现了Map接口和Dictionary抽象类
HashMap的初始容量为16，Hashtable初始容量为11，两者的填充因子默认都是0.75
HashMap扩容时是当前容量翻倍即:capacity*2，Hashtable扩容时是容量翻倍+1即:capacity*2+1

两者计算hash的方法不同
Hashtable计算hash是直接使用key的hashcode对table数组的长度直接进行取模

int hash = key.hashCode();int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

HashMap计算hash对key的hashcode进行了二次hash，以获得更好的散列值，然后对table数组长度取摸

static int hash(int h) {        // 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);    } static int indexFor(int h, int length) {        return h & (length-1);    }

HashMap和Hashtable的底层实现都是数组+链表结构实现

HashSet和HashMap、Hashtable的区别

除开HashMap和Hashtable外，还有一个hash集合HashSet，有所区别的是HashSet不是key value结构，仅仅是存储不重复的元素，相当于简化版的HashMap，只是包含HashMap中的key而已

通过查看源码也证实了这一点，HashSet内部就是使用HashMap实现，只不过HashSet里面的HashMap所有的value都是同一个Object而已，因此HashSet也是非线程安全的，至于HashSet和Hashtable的区别，HashSet就是个简化的HashMap的，所以你懂的
下面是HashSet几个主要方法的实现

  private transient HashMap<E,Object> map;
  private static final Object PRESENT = new Object();    public HashSet() {    map = new HashMap<E,Object>();    } public boolean contains(Object o) {    return map.containsKey(o);    } public boolean add(E e) {    return map.put(e, PRESENT)==null;    } public boolean add(E e) {    return map.put(e, PRESENT)==null;    } public boolean remove(Object o) {    return map.remove(o)==PRESENT;    } public void clear() {    map.clear();    }

HashMap和Hashtable的实现原理

HashMap和Hashtable的底层实现都是数组+链表结构实现的，这点上完全一致

添加、删除、获取元素时都是先计算hash，根据hash和table.length计算index也就是table数组的下标，然后进行相应操作，下面以HashMap为例说明下它的简单实现

  /**     * HashMap的默认初始容量 必须为2的n次幂     */    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;    /**     * HashMap的最大容量，可以认为是int的最大值         */    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;    /**     * 默认的加载因子     */    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;    /**     * HashMap用来存储数据的数组     */    transient Entry[] table;

HashMap的创建
HashMap默认初始化时会创建一个默认容量为16的Entry数组，默认加载因子为0.75，同时设置临界值为16*0.75

    /**     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity     * (16) and the default load factor (0.75).     */    public HashMap() {        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;        threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];        init();    }

put方法
HashMap会对null值key进行特殊处理，总是放到table[0]位置
put过程是先计算hash然后通过hash与table.length取摸计算index值，然后将key放到table[index]位置，当table[index]已存在其它元素时，会在table[index]位置形成一个链表，将新添加的元素放在table[index]，原来的元素通过Entry的next进行链接，这样以链表形式解决hash冲突问题，当元素数量达到临界值(capactiy*factor)时，则进行扩容，是table数组长度变为table.length*2

 public V put(K key, V value) {        if (key == null)            return putForNullKey(value); //处理null值        int hash = hash(key.hashCode());//计算hash        int i = indexFor(hash, table.length);//计算在数组中的存储位置    //遍历table[i]位置的链表，查找相同的key，若找到则使用新的value替换掉原来的oldValue并返回oldValue        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {            Object k;            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {                V oldValue = e.value;                e.value = value;                e.recordAccess(this);                return oldValue;            }        }    //若没有在table[i]位置找到相同的key，则添加key到table[i]位置，新的元素总是在table[i]位置的第一个元素，原来的元素后移        modCount++;        addEntry(hash, key, value, i);        return null;    }      void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {    //添加key到table[bucketIndex]位置，新的元素总是在table[bucketIndex]的第一个元素，原来的元素后移    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);    //判断元素个数是否达到了临界值，若已达到临界值则扩容，table长度翻倍        if (size++ >= threshold)            resize(2 * table.length);    }

get方法
同样当key为null时会进行特殊处理，在table[0]的链表上查找key为null的元素
get的过程是先计算hash然后通过hash与table.length取摸计算index值，然后遍历table[index]上的链表，直到找到key，然后返回

public V get(Object key) {        if (key == null)            return getForNullKey();//处理null值        int hash = hash(key.hashCode());//计算hash    //在table[index]遍历查找key，若找到则返回value，找不到返回null        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];             e != null;             e = e.next) {            Object k;            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))                return e.value;        }        return null;    }

remove方法
remove方法和put get类似，计算hash，计算index，然后遍历查找，将找到的元素从table[index]链表移除

    public V remove(Object key) {        Entry<K,V> e = removeEntryForKey(key);        return (e == null ? null : e.value);    }    final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());        int i = indexFor(hash, table.length);        Entry<K,V> prev = table[i];        Entry<K,V> e = prev;        while (e != null) {            Entry<K,V> next = e.next;            Object k;            if (e.hash == hash &&                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) {                modCount++;                size--;                if (prev == e)                    table[i] = next;                else                    prev.next = next;                e.recordRemoval(this);                return e;            }            prev = e;            e = next;        }        return e;    }

resize方法
resize方法在hashmap中并没有公开，这个方法实现了非常重要的hashmap扩容，具体过程为：先创建一个容量为table.length*2的新table，修改临界值，然后把table里面元素计算hash值并使用hash与table.length*2重新计算index放入到新的table里面
这里需要注意下是用每个元素的hash全部重新计算index，而不是简单的把原table对应index位置元素简单的移动到新table对应位置

void resize(int newCapacity) {        Entry[] oldTable = table;        int oldCapacity = oldTable.length;        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {            threshold = Integer.MAX_VALUE;            return;        }        Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];        transfer(newTable);        table = newTable;        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);    }    void transfer(Entry[] newTable) {        Entry[] src = table;        int newCapacity = newTable.length;        for (int j = 0; j < src.length; j++) {            Entry<K,V> e = src[j];            if (e != null) {                src[j] = null;                        do {                    Entry<K,V> next = e.next;
                    //重新对每个元素计算index                    int i = indexFor(e.hash, newCapacity);                    e.next = newTable[i];                    newTable[i] = e;                    e = next;                } while (e != null);            }        }    }

clear()方法
clear方法非常简单，就是遍历table然后把每个位置置为null，同时修改元素个数为0
需要注意的是clear方法只会清楚里面的元素，并不会重置capactiy
```
 public void clear() {        modCount++;        Entry[] tab = table;        for (int i = 0; i < tab.length; i++)            tab[i] = null;        size = 0;    }
```

containsKey和containsValue
containsKey方法是先计算hash然后使用hash和table.length取摸得到index值，遍历table[index]元素查找是否包含key相同的值

public boolean containsKey(Object key) {        return getEntry(key) != null;    }final Entry<K,V> getEntry(Object key) {        int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());        for (Entry<K,V> e = table[indexFor(hash, table.length)];             e != null;             e = e.next) {            Object k;            if (e.hash == hash &&                ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))                return e;        }        return null;    }

containsValue方法就比较粗暴了，就是直接遍历所有元素直到找到value，由此可见HashMap的containsValue方法本质上和普通数组和list的contains方法没什么区别，你别指望它会像containsKey那么高效

public boolean containsValue(Object value) {    if (value == null)            return containsNullValue();    Entry[] tab = table;        for (int i = 0; i < tab.length ; i++)            for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next)                if (value.equals(e.value))                    return true;    return false;    }

hash和indexFor

indexFor中的h & (length-1)就相当于h%length，用于计算index也就是在table数组中的下标
hash方法是对hashcode进行二次散列，以获得更好的散列值
为了更好理解这里我们可以把这两个方法简化为 int index= key.hashCode()/table.length,以put中的方法为例可以这样替换

int hash = hash(key.hashCode());//计算hashint i = indexFor(hash, table.length);//计算在数组中的存储位置//上面这两行可以这样简化int i = key.key.hashCode()%table.length;

  static int hash(int h) {        // 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);    }    static int indexFor(int h, int length) {        return h & (length-1);    }

HashMap的简化实现MyHashMap

为了加深理解，我个人实现了一个简化版本的HashMap，注意哦，仅仅是简化版的功能并不完善，仅供参考

package cn.lzrabbit.structure;/** * Created by rabbit on 14-5-4. */public class MyHashMap {    //默认初始化大小 16    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;    //默认负载因子 0.75    private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;    //临界值    private int threshold;    //元素个数    private int size;    //扩容次数    private int resize;    private HashEntry[] table;    public MyHashMap() {        table = new HashEntry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];        threshold = (int) (DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);        size = 0;    }    private int index(Object key) {        //根据key的hashcode和table长度取模计算key在table中的位置        return key.hashCode() % table.length;    }    public void put(Object key, Object value) {        //key为null时需要特殊处理，为简化实现忽略null值        if (key == null) return;        int index = index(key);        //遍历index位置的entry，若找到重复key则更新对应entry的值，然后返回        HashEntry entry = table[index];        while (entry != null) {            if (entry.getKey().hashCode() == key.hashCode() && (entry.getKey() == key || entry.getKey().equals(key))) {                entry.setValue(value);                return;            }            entry = entry.getNext();        }        //若index位置没有entry或者未找到重复的key，则将新key添加到table的index位置        add(index, key, value);    }    private void add(int index, Object key, Object value) {        //将新的entry放到table的index位置第一个，若原来有值则以链表形式存放        HashEntry entry = new HashEntry(key, value, table[index]);        table[index] = entry;        //判断size是否达到临界值，若已达到则进行扩容，将table的capacicy翻倍        if (size++ >= threshold) {            resize(table.length * 2);        }    }    private void resize(int capacity) {        if (capacity <= table.length) return;        HashEntry[] newTable = new HashEntry[capacity];        //遍历原table，将每个entry都重新计算hash放入newTable中        for (int i = 0; i < table.length; i++) {            HashEntry old = table[i];            while (old != null) {                HashEntry next = old.getNext();                int index = index(old.getKey());                old.setNext(newTable[index]);                newTable[index] = old;                old = next;            }        }        //用newTable替table        table = newTable;        //修改临界值        threshold = (int) (table.length * DEFAULT_LOAD_FACTOR);        resize++;    }    public Object get(Object key) {        //这里简化处理，忽略null值        if (key == null) return null;        HashEntry entry = getEntry(key);        return entry == null ? null : entry.getValue();    }    public HashEntry getEntry(Object key) {        HashEntry entry = table[index(key)];        while (entry != null) {            if (entry.getKey().hashCode() == key.hashCode() && (entry.getKey() == key || entry.getKey().equals(key))) {                return entry;            }            entry = entry.getNext();        }        return null;    }    public void remove(Object key) {        if (key == null) return;        int index = index(key);        HashEntry pre = null;        HashEntry entry = table[index];        while (entry != null) {            if (entry.getKey().hashCode() == key.hashCode() && (entry.getKey() == key || entry.getKey().equals(key))) {                if (pre == null) table[index] = entry.getNext();                else pre.setNext(entry.getNext());                //如果成功找到并删除，修改size                size--;                return;            }            pre = entry;            entry = entry.getNext();        }    }    public boolean containsKey(Object key) {        if (key == null) return false;        return getEntry(key) != null;    }    public int size() {        return this.size;    }    public void clear() {        for (int i = 0; i < table.length; i++) {            table[i] = null;        }        this.size = 0;    }    @Override    public String toString() {        StringBuilder sb = new StringBuilder();        sb.append(String.format("size:%s capacity:%s resize:%s\n\n", size, table.length, resize));        for (HashEntry entry : table) {            while (entry != null) {                sb.append(entry.getKey() + ":" + entry.getValue() + "\n");                entry = entry.getNext();            }        }        return sb.toString();    }}class HashEntry {    private final Object key;    private Object value;    private HashEntry next;    public HashEntry(Object key, Object value, HashEntry next) {        this.key = key;        this.value = value;        this.next = next;    }    public Object getKey() {        return key;    }    public Object getValue() {        return value;    }    public void setValue(Object value) {        this.value = value;    }    public HashEntry getNext() {        return next;    }    public void setNext(HashEntry next) {        this.next = next;    }}

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