HashMap 和 HashTable 的不同

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NOTE: This class is obsolete.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;
從代碼可以看到,對於哈希桶的內部表示,兩個類的實現是一致的。


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);
}
    正如我們所言,HashMap由於使用了2的冪次方,所以在取模運算時不需要做除法,只需要位的與運算就可以了。但是由於引入的hash衝突加劇問題,HashMap在調用了對象的hashCode方法之後,又做了一些位運算在打散數據。

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;
}
可以看到,也比較簡單,就是公開的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍歷視圖比如keySet都使用了Collections.synchronizedXXX進行了同步包裝。

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。




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