代碼版本

JDK每一版本都在改進。本文討論的HashMap和HashTable基于JDK 1.7.0_67

1. 時間

HashTable產生于JDK 1.1，而HashMap產生于JDK 1.2。從時間的維度上來看，HashMap要比HashTable出現得晚一些。

2. 作者

以下是HashTable的作者：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable* @author Arthur van Hoff * @author Josh Bloch * @author Neal Gafter

以下是HashMap的作者：

以下代碼及注釋來自java.util.HashMap* @author Doug Lea* @author Josh Bloch* @author Arthur van Hoff* @author Neal Gafter

可以看到HashMap的作者多了大神Doug Lea。不了解Doug Lea的，可以看這里。

3. 對外的接口（API）

HashMap和HashTable都是基于哈希表來實現鍵值映射的工具類。討論他們的不同，我們首先看一下他們暴露在外的API有什么不同。

3.1 Public Method

下面兩張圖，我畫出了HashMap和HashTable的類繼承體系，并列出了這兩個類的可供外部調用的公開方法。

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注釋中看到：

以下代碼及注釋來自java.util.Dictionary* <strong>NOTE: This class is obsolete. New implementations should* implement the Map interface, rather than extending this class.</strong>

同時我們看到HashTable比HashMap多了兩個公開方法。一個是elements，這來自于抽象類Dictionary，鑒于該類已經廢棄，所以這個方法也就沒什么用處了。另一個多出來的方法是contains，這個多出來的方法也沒什么用，因為它跟containsValue方法功能是一樣的。代碼為證：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTablepublic synchronized boolean contains(Object value) {if (value == null) {throw new NullPointerException();}Entry tab[] = table;for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {for (Entry<K,V> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {if (e.value.equals(value)) {return true;}}}return false;}public boolean containsValue(Object value) {return contains(value);}

所以從公開的方法上來看，這兩個類提供的，是一樣的功能。都提供鍵值映射的服務，可以增、刪、查、改鍵值對，可以對建、值、鍵值對提供遍歷視圖。支持淺拷貝，支持序列化。

3.2 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。這并不是因為HashTable有什么特殊的實現層面的原因導致不能支持null鍵和null值，這僅僅是因為HashMap在實現時對null做了特殊處理，將null的hashCode值定為了0，從而將其存放在哈希表的第0個bucket中。我們一put方法為例，看一看代碼的細節：

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以下代碼及注釋來自java.util.HashTablepublic synchronized V put(K key, V value) {// 如果value為null，拋出NullPointerExceptionif (value == null) {throw new NullPointerException();}// 如果key為null，在調用key.hashCode()時拋出NullPointerException// ... }以下代碼及注釋來自java.util.HasMappublic V put(K key, V value) {if (table == EMPTY_TABLE) {inflateTable(threshold);}// 當key為null時，調用putForNullKey特殊處理if (key == null)return putForNullKey(value);// ... }private V putForNullKey(V value) {// key為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; }

4. 實現原理

本節討論HashMap和HashTable在數據結構和算法層面，有什么不同。

4.1 數據結構

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<k, v="">?entry 指向鏈表中下一個Entry對象，可為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，那么在HashMap和HashTable中是怎么存儲這些Entry對象，以方便我們快速查找和修改的呢？請看下圖。

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上圖畫出的是一個桶數量為8，存有5個鍵值對的HashMap/HashTable的內存布局情況。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對象的屬性里，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，而對于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沖突)。

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable/*** The hash table data.*/ private transient Entry<K,V>[] table;以下代碼及注釋來自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，對于哈希桶的內部表示，兩個類的實現是一致的。

4.2 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：

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以下代碼及注釋來自java.util.HashTable// 哈希表默認初始大小為11 public Hashtable() {this(11, 0.75f); }protected void rehash() {int oldCapacity = table.length;Entry<K,V>[] oldMap = table;// 每次擴容為原來的2n+1int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;// ... }以下代碼及注釋來自java.util.HashMap// 哈希表默認初始大小為2^4=16 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {// 每次擴充為原來的2n if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {resize(2 * table.length); }

　　可以看到HashTable默認的初始大小為11，之后每次擴充為原來的2n+1。HashMap默認的初始化大小為16，之后每次擴充為原來的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，那么HashTable會直接使用你給定的大小，而HashMap會將其擴充為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的冪作為哈希表的大小。我們知道當哈希表的大小為素數時，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，那么我們可以直接使用位運算來得到結果，效率要大大高于做除法。所以從hash計算的效率上，又是HashMap更勝一籌。

　　所以，事實就是HashMap為了加快hash的速度，將哈希表的大小固定為了2的冪。當然這引入了哈希分布不均勻的問題，所以HashMap為解決這問題，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之后，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。

以下代碼及注釋來自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(); }以下代碼及注釋來自java.util.HashMap int hash = hash(key); int i = indexFor(hash, table.length);// 在計算了key.hashCode()之后，做了一些位運算來減少哈希沖突 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由于使用了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。但是由于引入的hash沖突加劇問題，HashMap在調用了對象的hashCode方法之后，又做了一些位運算在打散數據。關于這些位計算為什么可以打散數據的問題，本文不再展開了。感興趣的可以看這里。

　　如果你有細心讀代碼，還可以發現一點，就是HashMap和HashTable在計算hash時都用到了一個叫hashSeed的變量。這是因為映射到同一個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的效率對哈希沖突非常敏感，所以可以額外開啟一個可選hash（hashSeed），從而減少哈希沖突。因為這是兩個類相同的一點，所以本文不再展開了，感興趣的看這里。事實上，這個優化在JDK 1.8中已經去掉了，因為JDK 1.8中，映射到同一個哈希桶（數組位置）的Entry對象，使用了紅黑樹來存儲，從而大大加速了其查找效率。

5. 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。那么HashTable是怎么做到的呢？

以下代碼及注釋來自java.util.HashTablepublic 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。

6. 代碼風格

從我的品位來看，HashMap的代碼要比HashTable整潔很多。下面這段HashTable的代碼，我就覺著有點混亂，不太能接受這種代碼復用的方式。

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable/*** A hashtable enumerator class. This class implements both the* Enumeration and Iterator interfaces, but individual instances* can be created with the Iterator methods disabled. This is necessary* to avoid unintentionally increasing the capabilities granted a user* by passing an Enumeration.*/ private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {Entry[] table = Hashtable.this.table;int index = table.length;Entry<K,V> entry = null;Entry<K,V> lastReturned = null;int type;/*** Indicates whether this Enumerator is serving as an Iterator* or an Enumeration. (true -> Iterator).*/boolean iterator;/*** The modCount value that the iterator believes that the backing* Hashtable should have. If this expectation is violated, the iterator* has detected concurrent modification.*/protected int expectedModCount = modCount;Enumerator(int type, boolean iterator) {this.type = type;this.iterator = iterator;}//... } View Code

7. HashTable已經被淘汰了，不要在代碼中再使用它。

以下描述來自于HashTable的類注釋：

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，那么使用HashMap，如果需要線程安全，那么使用ConcurrentHashMap。HashTable已經被淘汰了，不要在新的代碼中再使用它。

8. 持續優化

雖然HashMap和HashTable的公開接口應該不會改變，或者說改變不頻繁。但每一版本的JDK，都會對HashMap和HashTable的內部實現做優化，比如上文曾提到的JDK 1.8的紅黑樹優化。所以，盡可能的使用新版本的JDK吧，除了那些炫酷的新功能，普通的API也會有性能上有提升。

為什么HashTable已經淘汰了，還要優化它？因為有老的代碼還在使用它，所以優化了它之后，這些老的代碼也能獲得性能提升。

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轉自：http://www.cnblogs.com/xinzhao/p/5644175.html

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轉載于:https://www.cnblogs.com/xdyixia/p/9326604.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的java源码之HashMap和HashTable的异同的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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