Java中的Map【六】Hashtable类

所使用的jdk版本为1.8.0_172版本，先看一下 Hashtable<K,V> 在JDK中Map的UML类图中的位置：

2.1 Hashtable<K,V> 类概述

上图中的继承实现关系不够详尽，先看一下 Hashtable 定义：

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {

Hashtable继承实现了抽象类Dictionary<K,V>类，并且实现了Map<K,V>，Cloneable、Serializable三个接口。Dictionary<K,V>抽象类JDK已经注明是一个过时的类，新的实现应该实现Map<K,V>接口，而不是继承该类。

Hashtable存储映射用的是内部私有静态类 Entry<K,V>，基本思想就是 Entry<K,V>数组加 Entry<K,V>链表存储映射数据。看一下 Entry<K,V> 的简单定义：

    private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        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;
        }

Hashtable<K,V>中的键K和值V不能是null，使用时用作键K的对象必须实现 hashCode 方法和 equals 方法。常用的Integer和String等都实现了这两个方法，如果是我们自己定义的的类作为Key，一定要记得实现。Hashtable是线程安全的，因为它的方法比如put、get等方法都用synchronized关键字修饰了，不过因为这种实现方式锁比较重，因此官方推荐如果不需要线程安全的Map实现，则推荐使用 HashMap；如果需要支持高并发的Map实现，推荐使用 ConcurrentHashMap。

Hashtable中有两个参数initialCapacity（初始容量）和 loadFactor（加载因子，float类型），两者影响Hashtable何时扩容Entry数组的长度以及Rehash的过程。Entry数组的长度达到阀值threshold（threshold = initialCapacity * loadFactor），put方法中就会触发扩容Rehash的过程，新的Entry数组长度 newCapacity = （oldCapacity * 2） + 1。

新数组的长度最大为 Integer.MAX_VALUE - 8。为什么不是整型最大值，原因如下：

（Some VMs reserve some header words in an array，Attempts to allocate larger arrays may result in OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit）。

initialCapacity的默认值为 11，loadFactor默认值为 0.75f。

2.1.1 构造方法

Hashtable提供了四种构造方法：

/**
* 用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。
*/
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor)

/**
* 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)

/**
* 用默认的初始容量 (11) 和加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表
*/
public Hashtable()

/**
* 构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。
*/
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t)

2.1.2 put 方法

public synchronized V put(K key, V value);

将指定的K-V映射关系放入Hashtable中，注意方法使用了synchronized关键字修饰。

入参：键和值都不可以为 null，否则抛出NullPointerException。

返回值：此哈希表中指定key以前的值；如果不存在该key，则返回 null

代码简单分析：

public synchronized V put(K key, V value) {
        // 校验映射的值value不能为null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // 校验key是否已在Hashtable中
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        //计算key在Hashtable中位置，和整型的最大值做位与运算，保证得到一个正整数
        //对entry[]长度取模运算，得到key在数组中的位置
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            //如果数组中的位置已被占用，遍历该位置的entry链表，查看该key是否已存在
            //如果已存在，更新值，返回旧值
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }
        
        //该key不存在，新建entry对象加入Hashtable，返回null
        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

再进入 addEntry(hash, key, value, index) 方法中看一下：

private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        modCount++;

        Entry<?,?> tab[] = table;
        //检验数组长度是否达到容量阀值
        if (count >= threshold) {
            // 如果超过阈值，rehash过程
            rehash();

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

        //创建新的entry，头插法添加链表节点，tab[index]位置处放的是新加入的key对应的Entry对象.
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        count++;
    }

最后看一下 rehash() 过程：

    /**
     * 增加此哈希表的容量并在内部重新组织该哈希表
     * 以便更有效地容纳和访问其哈希表
     * 当哈希表中的键数超过该哈希表的容量和负载因子的乘积时，将自动调用此方法。
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        Entry<?,?>[] oldMap = table;

        //新的容量变为旧容量的2倍 + 1
        //Entry[]最大容量的限制，整型最大值减8
        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
            if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
                // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
                return;
            newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
        }
        Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];

        modCount++;
        //更新下一次触发rehash的阀值
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        table = newMap;
        
        //重新映射hashtable中已有的数据
        for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
            for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
                Entry<K,V> e = old;
                old = old.next;

                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
                e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
                newMap[index] = e;
            }
        }
    }

2.1.3 get 方法

public synchronized V get(Object key)

返回指定键key所映射到的值，如果此映射不包含此key的映射，则返回 null. 注意get()方法也是被synchronized修饰。

更确切地讲，如果此映射包含满足 (key.equals(k)) 的从键 k 到值 v 的映射，则此方法返回 v；否则，返回 null。

入参：key不能为null，否则抛出 NullPointerException

代码很简单：

public synchronized V get(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        //找到tab[index]，遍历entry链表对比查找
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

2.1.4 containsKey方法

public synchronized boolean containsKey(Object key)

测试指定对象是否为此哈希表中的键key

源代码很简单，和上面 get() 方法几乎一样：

public synchronized boolean containsKey(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

2.1.4 containsValue 和 contains 方法

public boolean containsValue(Object value)

public synchronized boolean contains(Object value)

这两个方法基本功能一致，都是测试此映射表中是否存在与指定值value关联的键；其中containsValue方法内部直接调用的contains方法实现，所以方法定义没有加synchronized。

public synchronized boolean contains(Object value) {
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        Entry<?,?> tab[] = table;
        //两层循环，第一层遍历entry数组，第二层遍历entry链表
        for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {
            for (Entry<?,?> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {
                if (e.value.equals(value)) {
                    return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

2.1.5 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。

入参：key不能为null，否则抛出 NullPointerException

返回值：此哈希表中与该键key存在映射关系的值；如果该键没有映射关系，则返回 null

public synchronized V remove(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(Entry<K,V> prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) {
            //删除key操作就是考虑链表节点的删除，prev节点记录key的前置节点
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                modCount++;
                if (prev != null) {
                    prev.next = e.next;
                } else {
                    tab[index] = e.next;
                }
                count--;
                V oldValue = e.value;
                e.value = null;
                return oldValue;
            }
        }
        return null;
    }

其余的方法，如size()、keySet()、entrySet()等，大家可以自己看一下，这里不再介绍了。

Java中的Map【六】Hashtable类

2.1 Hashtable<K,V> 类概述

2.1.1 构造方法

2.1.2 put 方法

2.1.3 get 方法

2.1.4 containsKey方法

2.1.4 containsValue 和 contains 方法

2.1.5 remove 方法

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