HashTable和HashMap的区别

一、HashMap简介

HashMap是基于哈希表实现的,每一个元素是一个key-value对,其内部通过单链表解决冲突问题,容量不足(超过了阀值)时,同样会自动增长。

HashMap是非线程安全的,只是用于单线程环境下,多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap。

HashMap 实现了Serializable接口,因此它支持序列化,实现了Cloneable接口,能被克隆。

HashMap存数据的过程是:

HashMap内部维护了一个存储数据的Entry数组,HashMap采用链表解决冲突,每一个Entry本质上是一个单向链表。当准备添加一个key-value对时,首先通过hash(key)方法计算hash值,然后通过indexFor(hash,length)求该key-value对的存储位置,计算方法是先用hash&0x7FFFFFFF后,再对length取模,这就保证每一个key-value对都能存入HashMap中,当计算出的位置相同时,由于存入位置是一个链表,则把这个key-value对插入链表头。

HashMap中key和value都允许为null。key为null的键值对永远都放在以table[0]为头结点的链表中。

了解了数据的存储,那么数据的读取也就很容易就明白了。

HashMap的存储结构,如下图所示:

1589268192-6680-20180528131146796-123088472

图中,紫色部分即代表哈希表,也称为哈希数组,数组的每个元素都是一个单链表的头节点,链表是用来解决冲突的,如果不同的key映射到了数组的同一位置处,就将其放入单链表中。

HashMap内存储数据的Entry数组默认是16,如果没有对Entry扩容机制的话,当存储的数据一多,Entry内部的链表会很长,这就失去了HashMap的存储意义了。所以HasnMap内部有自己的扩容机制。HashMap内部有:

变量size,它记录HashMap的底层数组中已用槽的数量;

变量threshold,它是HashMap的阈值,用于判断是否需要调整HashMap的容量(threshold = 容量*加载因子)

变量DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f,默认加载因子为0.75

HashMap扩容的条件是:当size大于threshold时,对HashMap进行扩容

扩容是是新建了一个HashMap的底层数组,而后调用transfer方法,将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中(要重新计算元素在新的数组中的索引位置)。 很明显,扩容是一个相当耗时的操作,因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此,我们在用HashMap的时,最好能提前预估下HashMap中元素的个数,这样有助于提高HashMap的性能。

HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数:初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数,其中容量表示哈希表中槽的数量(即哈希数组的长度),初始容量是创建哈希表时的容量(从构造函数中可以看出,如果不指明,则默认为16),加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度,当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 resize 操作(即扩容)。

下面说下加载因子,如果加载因子越大,对空间的利用更充分,但是查找效率会降低(链表长度会越来越长);如果加载因子太小,那么表中的数据将过于稀疏(很多空间还没用,就开始扩容了),对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定,则系统默认加载因子为0.75,这是一个比较理想的值,一般情况下我们是无需修改的。

另外,无论我们指定的容量为多少,构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数,且最大值不能超过2的30次方

二、Hashtable简介

Hashtable同样是基于哈希表实现的,同样每个元素是一个key-value对,其内部也是通过单链表解决冲突问题,容量不足(超过了阀值)时,同样会自动增长。

Hashtable也是JDK1.0引入的类,是线程安全的,能用于多线程环境中。

Hashtable同样实现了Serializable接口,它支持序列化,实现了Cloneable接口,能被克隆。

下面主要介绍一下HashTable和HashMap区别

三、HashTable和HashMap区别

      1、继承的父类不同

Hashtable继承自Dictionary类,而HashMap继承自AbstractMap类。但二者都实现了Map接口。

      2、线程安全性不同

javadoc中关于hashmap的一段描述如下:此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射,而其中至少一个线程从结构上修改了该映射,则它必须保持外部同步。

Hashtable 中的方法是Synchronize的,而HashMap中的方法在缺省情况下是非Synchronize的。在多线程并发的环境下,可以直接使用Hashtable,不需要自己为它的方法实现同步,但使用HashMap时就必须要自己增加同步处理。(结构上的修改是指添加或删除一个或多个映射关系的任何操作;仅改变与实例已经包含的键关联的值不是结构上的修改。)这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象,则应该使用 Collections.synchronizedMap 方法来“包装”该映射。最好在创建时完成这一操作,以防止对映射进行意外的非同步访问,如下所示:

Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(…));

Hashtable 线程安全很好理解,因为它每个方法中都加入了Synchronize。这里我们分析一下HashMap为什么是线程不安全的:

HashMap底层是一个Entry数组,当发生hash冲突的时候,hashmap是采用链表的方式来解决的,在对应的数组位置存放链表的头结点。对链表而言,新加入的节点会从头结点加入。

我们来分析一下多线程访问:

(1)在hashmap做put操作的时候会调用下面方法:

// 新增Entry。将“key-value”插入指定位置,bucketIndex是位置索引。      
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
    // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中      
    Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
    // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”,      
    // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”      
    table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
    // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”,则调整HashMap的大小      
    if (size++ >= threshold)
        resize(2 * table.length);
}

在hashmap做put操作的时候会调用到以上的方法。现在假如A线程和B线程同时对同一个数组位置调用addEntry,两个线程会同时得到现在的头结点,然后A写入新的头结点之后,B也写入新的头结点,那B的写入操作就会覆盖A的写入操作造成A的写入操作丢失

( 2)删除键值对的代码

final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) {
    // 获取哈希值。若key为null,则哈希值为0;否则调用hash()进行计算      
    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;

    // 删除链表中“键为key”的元素      
    // 本质是“删除单向链表中的节点”      
    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;
}

当多个线程同时操作同一个数组位置的时候,也都会先取得现在状态下该位置存储的头结点,然后各自去进行计算操作,之后再把结果写会到该数组位置去,其实写回的时候可能其他的线程已经就把这个位置给修改过了,就会覆盖其他线程的修改

(3)addEntry中当加入新的键值对后键值对总数量超过门限值的时候会调用一个resize操作,代码如下:

// 重新调整HashMap的大小,newCapacity是调整后的容量      
void resize(int newCapacity) {
    Entry[] oldTable = table;
    int oldCapacity = oldTable.length;
    //如果就容量已经达到了最大值,则不能再扩容,直接返回    
    if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
        threshold = Integer.MAX_VALUE;
        return;
    }

    // 新建一个HashMap,将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中,      
    // 然后,将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。      
    Entry[] newTable = new Entry[newCapacity];
    transfer(newTable);
    table = newTable;
    threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
}

这个操作会新生成一个新的容量的数组,然后对原数组的所有键值对重新进行计算和写入新的数组,之后指向新生成的数组。

当多个线程同时检测到总数量超过门限值的时候就会同时调用resize操作,各自生成新的数组并rehash后赋给该map底层的数组table,结果最终只有最后一个线程生成的新数组被赋给table变量,其他线程的均会丢失。而且当某些线程已经完成赋值而其他线程刚开始的时候,就会用已经被赋值的table作为原始数组,这样也会有问题。

3、是否提供contains方法

HashMap把Hashtable的contains方法去掉了,改成containsValue和containsKey,因为contains方法容易让人引起误解。

Hashtable则保留了contains,containsValue和containsKey三个方法,其中contains和containsValue功能相同。

我们看一下Hashtable的ContainsKey方法和ContainsValue的源码:

public boolean containsValue(Object value) {
    return contains(value);
}
// 判断Hashtable是否包含“值(value)”      
public synchronized boolean contains(Object value) {
    //注意,Hashtable中的value不能是null,      
    // 若是null的话,抛出异常!      
    if (value == null) {
        throw new NullPointerException();
    }

    // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)      
    // 对于每个Entry(单向链表),逐个遍历,判断节点的值是否等于value      
    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;
}
    // 判断Hashtable是否包含key      
    public synchronized boolean containsKey(Object key) {
        Entry tab[] = table;      
    //计算hash值,直接用key的hashCode代替
        int hash = key.hashCode();
        // 计算在数组中的索引值     
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        // 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素      
        for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

下面我们看一下HashMap的ContainsKey方法和ContainsValue的源码:

// HashMap是否包含key      
public boolean containsKey(Object key) {
    return getEntry(key) != null;
}
// 返回“键为key”的键值对
final Entry<K,V> getEntry(Object key) {
    // 获取哈希值
    // HashMap将“key为null”的元素存储在table[0]位置,“key不为null”的则调用hash()计算哈希值
    int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());
    // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素
    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;
}
// 是否包含“值为value”的元素      
public boolean containsValue(Object value) {
    // 若“value为null”,则调用containsNullValue()查找      
    if (value == null)
        return containsNullValue();

    // 若“value不为null”,则查找HashMap中是否有值为value的节点。      
    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;
}

通过上面源码的比较,我们可以得到第四个不同的地方

4、key和value是否允许null值

其中key和value都是对象,并且不能包含重复key,但可以包含重复的value。

通过上面的ContainsKey方法和ContainsValue的源码我们可以很明显的看出:

Hashtable中,key和value都不允许出现null值。但是如果在Hashtable中有类似put(null,null)的操作,编译同样可以通过,因为key和value都是Object类型,但运行时会抛出NullPointerException异常,这是JDK的规范规定的。
HashMap中,null可以作为键,这样的键只有一个;可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时,可能是 HashMap中没有该键,也可能使该键所对应的值为null。因此,在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键, 而应该用containsKey()方法来判断。

5、两个遍历方式的内部实现上不同

Hashtable、HashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因,Hashtable还使用了Enumeration的方式 。

6、hash值不同

哈希值的使用不同,HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值。

hashCode是jdk根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值。

Hashtable计算hash值,直接用key的hashCode(),而HashMap重新计算了key的hash值,Hashtable在求hash值对应的位置索引时,用取模运算,而HashMap在求位置索引时,则用与运算,且这里一般先用hash&0x7FFFFFFF后,再对length取模,&0x7FFFFFFF的目的是为了将负的hash值转化为正值,因为hash值有可能为负数,而&0x7FFFFFFF后,只有符号外改变,而后面的位都不变。

7、内部实现使用的数组初始化和扩容方式不同

HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11,而HashMap为16,Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂,而HashMap则要求一定为2的整数次幂。
Hashtable扩容时,将容量变为原来的2倍加1,而HashMap扩容时,将容量变为原来的2倍。

Hashtable和HashMap它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTable中hash数组默认大小是11,增加的方式是 old*2+1。

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