1.代碼版本不同
HashMap與HashTable出現在jdk的版本不同,HashTable產生於JDK 1.1,而HashMap產生於JDK 1.2。從時間角度上考量,HashMap要比HashTable出現得晚一些。
2.作者不同
以下是HashMap的作者:
以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
HashMap和HashTable都是基於哈希表來實現鍵值映射的工具類。討論他們的不同,我們首先來看一下他們暴露在外的API 有什麼不同。
*
@author
Arthur van Hoff
*
@author
Josh Bloch
*
@author
Neal Gafter
以下是HashMap的作者:
以下代碼及註釋來自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都是基於哈希表來實現鍵值映射的工具類。討論他們的不同,我們首先來看一下他們暴露在外的API有什麼不同。
HashMap類繼承體系
HashTable類繼承體系
從圖中可以看出,兩個類的繼承體系有些不同。雖然都實現了Map、Cloneable、Serializable三個接口。但是HashMap繼承自抽象類AbstractMap,而HashTable繼承自抽象類Dictionary。其中Dictionary類是一個已經被廢棄的類,這一點我們可以從它代碼的註釋中看到:
以下代碼及註釋來自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NOTE: This class is obsolete.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鍵和null值的,而HashTable在遇到null時,會拋出NullPointerException異常。這並不是因爲HashTable有什麼特殊的實現層面的原因導致不能支持null鍵和null值,這僅僅是因爲HashMap在實現時對null做了特殊處理,將null的hashCode值定爲了0,從而將其存放在哈希表的第0個bucket中。我們一put方法爲例,看一看代碼的細節:
以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
public
synchronized
V put(K key, V value) {
// 如果value爲null,拋出NullPointerException
if
(value ==
null
) {
throw
new
NullPointerException();
}
// 如果key爲null,在調用key.hashCode()時拋出NullPointerException
// ...
}
以下代碼及註釋來自java.util.HasMap
public
V put(K key, V value) {
if
(table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
// 當key爲null時,調用putForNullKey特殊處理
if
(key ==
null
)
return
putForNullKey(value);
// ...
}
private
V putForNullKey(V value) {
// key爲null時,放到table[0]也就是第0個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.實現原理
HashMap和HashTable都使用哈希表來存儲鍵值對。在數據結構上是基本相同的,都創建了一個繼承自Map.Entry的私有的內部類Entry,每一個Entry對象表示存儲在哈希表中的一個鍵值對。
Entry對象唯一表示一個鍵值對,有四個屬性:
-K key 鍵對象
-V value 值對象
-int hash 鍵對象的hash值
-Entry entry 指向鏈表中下一個Entry對象,可爲null,表示當前Entry對象在鏈表尾部
可以說,有多少個鍵值對,就有多少個Entry對象,那麼在HashMap和HashTable中是怎麼存儲這些Entry對象,以方便我們快速查找和修改的呢?請看下圖。
上圖畫出的是一個桶數量爲8,存有5個鍵值對的HashMap/HashTable的內存佈局情況。可以看到HashMap/HashTable內部創建有一個Entry類型的引用數組,用來表示哈希表,數組的長度,即是哈希桶的數量。而數組的每一個元素都是一個Entry引用,從Entry對象的屬性裏,也可以看出其是鏈表的節點,每一個Entry對象內部又含有另一個Entry對象的引用。
這樣就可以得出結論,HashMap/HashTable內部用Entry數組實現哈希表,而對於映射到同一個哈希桶(數組的同一個位置)的鍵值對,使用Entry鏈表來存儲(解決hash衝突)。
以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
/**
* The hash table data.
*/
private
transient
Entry<K,V>[] table;
以下代碼及註釋來自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;
6.算法
上一小節已經說了用來表示哈希表的內部數據結構。HashMap/HashTable還需要有算法來將給定的鍵key,映射到確定的hash桶(數組位置)。需要有算法在哈希桶內的鍵值對多到一定程度時,擴充哈希表的大小(數組的大小)。本小節比較這兩個類在算法層面有哪些不同。
初始容量大小和每次擴充容量大小的不同。先看代碼:
以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
// 哈希表默認初始大小爲11
public
Hashtable() {
this
(
11
,
0
.75f);
}
protected
void
rehash() {
int
oldCapacity = table.length;
Entry<K,V>[] oldMap = table;
// 每次擴容爲原來的2n+1
int
newCapacity = (oldCapacity <<
1
) +
1
;
// ...
}
以下代碼及註釋來自java.util.HashMap
// 哈希表默認初始大小爲2^4=16
static
final
int
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY =
1
<<
4
;
// aka 16
void
addEntry(
int
hash, K key, V value,
int
bucketIndex) {
// 每次擴充爲原來的2n
if
((size >= threshold) && (
null
!= table[bucketIndex])) {
可以看到HashTable默認的初始大小爲11,之後每次擴充爲原來的2n+1。HashMap默認的初始化大小爲16,之後每次擴充爲原來的2倍。還有我沒列出代碼的一點,就是如果在創建時給定了初始化大小,那麼HashTable會直接使用你給定的大小,而HashMap會將其擴充爲2的冪次方大小。
也就是說HashTable會盡量使用素數、奇數。而HashMap則總是使用2的冪作爲哈希表的大小。我們知道當哈希表的大小爲素數時,簡單的取模哈希的結果會更加均勻(具體證明,見這篇文章),所以單從這一點上看,HashTable的哈希表大小選擇,似乎更高明些。但另一方面我們又知道,在取模計算時,如果模數是2的冪,那麼我們可以直接使用位運算來得到結果,效率要大大高於做除法。所以從hash計算的效率上,又是HashMap更勝一籌。
所以,事實就是HashMap爲了加快hash的速度,將哈希表的大小固定爲了2的冪。當然這引入了哈希分佈不均勻的問題,所以HashMap爲解決這問題,又對hash算法做了一些改動。具體我們來看看,在獲取了key對象的hashCode之後,HashTable和HashMap分別是怎樣將他們hash到確定的哈希桶(Entry數組位置)中的。
以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
// hash 不能超過Integer.MAX_VALUE 所以要取其最小的31個bit
int
hash = hash(key);
int
index = (hash &
0x7FFFFFFF
) % tab.length;
// 直接計算key.hashCode()
private
int
hash(Object k) {
// hashSeed will be zero if alternative hashing is disabled.
return
hashSeed ^ k.hashCode();
}
以下代碼及註釋來自java.util.HashMap
int
hash = hash(key);
int
i = indexFor(hash, table.length);
// 在計算了key.hashCode()之後,做了一些位運算來減少哈希衝突
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
);
}
就是HashMap和HashTable在計算hash時都用到了一個叫hashSeed的變量。這是因爲映射到同一個hash桶內的Entry對象,是以鏈表的形式存在的,而鏈表的查詢效率比較低,所以HashMap/HashTable的效率對哈希衝突非常敏感,所以可以額外開啓一個可選hash(hashSeed),從而減少哈希衝突。
7.線程安全
我們說HashTable是同步的,HashMap不是,也就是說HashTable在多線程使用的情況下,不需要做額外的同步,而HashMap則不行。那麼HashTable是怎麼做到的呢?
以下代碼及註釋來自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;
}
8. HashTable已經被淘汰了,不要在代碼中再使用它
以下描述來自於HashTable的類註釋:
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.
簡單來說就是,如果你不需要線程安全,那麼使用HashMap,如果需要線程安全,那麼使用ConcurrentHashMap。HashTable已經被淘汰了,不要在新的代碼中再使用它。