Java的HashTable源碼解讀
一、介紹
在往期文章中,我們從源碼分析了java集合框架中Map一族的HashMap,它為我們提供了保存 <key, value>鍵值對的一系列方法,底層是基于哈希表+鏈表+紅黑樹實現(xiàn)的,但是在多線程并發(fā)的環(huán)境下,表現(xiàn)出線程不安全的特性,今天我們介紹另一個同樣是保存 <key, value>鍵值對但底層是基于哈希表+鏈表 且 線程安全的HashTable。
下面看一下HashTable的UML圖
二、類的聲明
我們來看一下HashMap的聲明,可以大致了解他的功能。
public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
- 繼承了Dictionary類,提供了一些字典相關的基本功能如添加、刪除、判空、獲取元素數(shù)量等。
- 實現(xiàn)了Map接口,說明HashMap是一個以<K,V>鍵值對存儲數(shù)據(jù)的結構
- 實現(xiàn)了Cloneable接口,提供了對象克隆方法,但請注意,是淺克隆。
- 實現(xiàn)了Serializable接口,支持序列化。
Dictionary類是我們在java集合框架學習過程中首次見到的類,我們看一下他是什么
從下面源碼中可以看到,Dictionary是一個抽象類,該類中聲明的方法全是抽象方法,沒有默認實現(xiàn),且這些抽象方法在Map接口中都有體現(xiàn),因此我們可以忽略Dictionary類,將注意點都放在HashTable本身。
另外還需要注意到一個事實,在Dictionary的文檔中我們看到,jdk已經(jīng)建議我們忽略它,并且將用Map接口代替它。
/** * NOTE: This class is obsolete. New implementations should implement the Map interface, rather than extending this class. * **/ public abstract class Dictionary<K,V> { public Dictionary() { } abstract public int size(); abstract public boolean isEmpty(); abstract public Enumeration<K> keys(); abstract public Enumeration<V> elements(); abstract public V get(Object key); abstract public V put(K key, V value); abstract public V remove(Object key); }
三、底層實現(xiàn)
HashTable的底層實現(xiàn)為哈希表+鏈表,相較于底層為哈希表+鏈表+紅黑樹實現(xiàn)的HashMap,少了紅黑樹的結構,因此并沒有那么復雜,如下圖所示
四、內部類Entry
在HashTable中,將鍵值對封裝成節(jié)點的類為其內部類Entry,該內部類繼承于Map接口的內部接口Entry,從上面HashTable的UML圖中也有所體現(xiàn)。我們看一下該內部類的源碼:
private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { // 鍵值對節(jié)點中key的哈希值 final int hash; // 鍵值對節(jié)點中的key final K key; // 鍵值對節(jié)點中的value V value; // 鏈表中當前節(jié)點的下一個節(jié)點 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; } }
從源碼可以看出,HashTable中保存鍵值對的節(jié)點類Entry其實與HashMap中保存鍵值對的節(jié)點類Node是完全相同的。
五、成員變量
// 哈希表中的數(shù)組 private transient Entry<?,?>[] table; // 哈希表中鍵值對節(jié)點數(shù)量 private transient int count; // 擴容閾值 private int threshold; // 加載因子,默認0.75 private float loadFactor; // 結構性修改次數(shù),用于快速失敗 private transient int modCount = 0;
六、構造方法
HashMap提供了以下四個構造方法來創(chuàng)建實例
無參構造
通過默認初始容量11 和 默認加載因子為0.75 構造實例
public Hashtable() { this(11, 0.75f); }
指定初始容量和加載因子
對指定的初始容量和加載因子進行校驗后,設置初始容量大小的數(shù)組和加載因子,并計算出擴容閾值。
還記得在HashMap中,數(shù)組和擴容閾值都是在第一次擴容時初始化的。而在HashTable中,取消了這種延時初始化。
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ initialCapacity); if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor); if (initialCapacity==0) initialCapacity = 1; this.loadFactor = loadFactor; table = new Entry<?,?>[initialCapacity]; threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1); }
指定初始容量
指定初始容量,并使用默認的加載因子0.75。
public Hashtable(int initialCapacity) { this(initialCapacity, 0.75f); }
通過傳入一個Map對象實例化
通過這種方式構造HashTable實例時,會先創(chuàng)建實例,再調用putAll()方法將map中的數(shù)據(jù)批量保存到實例中。
注意:在構造HashTable實例時,初始容量為 map容量*2+1 和 默認初始容量11的較小值,
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) { this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f); putAll(t); }
七、擴容方法rehash()
該方法的源碼如下,相較于HashMap那么長的擴容resize()方法,是否簡單了一點呢?在HashMap的擴容resize()方法中,還要一堆判斷去確定數(shù)組容量、擴容閾值等信息,而且由于HashMap中數(shù)組長度為2的n次方,還需要判斷哪些鍵值對在擴容前后的數(shù)組下標是否不變等等。
而在HashTable中,由于在擴容前哈希表就已經(jīng)完成初始化了,且由于哈希表數(shù)組長度可能為任意值,也不存在擴容后鍵值對位于數(shù)組的下標不變的情況,因此,簡單粗暴的,直接擴容,然后將原哈希表中的鍵值對重新計算數(shù)組下標,放在擴容后的哈希表中。
要注意一點:在HashMap中,原哈希表中鏈表上的元素采用尾插法放在新哈希表。而在HashTable中采用的是頭插法。
protected void rehash() { // 擴容前的哈希數(shù)組容量 int oldCapacity = table.length; // 擴容前的哈希數(shù)組 Entry<?,?>[] oldMap = table; // 1.計算擴容后的容量,新容量= 原容量*2 +1 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++; threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1); table = newMap; // 2. 遍歷原哈希表,將原哈希表中的鍵值對重新計算數(shù)組下標后,通過頭插法,放至新的哈希表中。 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; // 重新計算數(shù)組下標 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity; // 頭插法 e.next = (Entry<K,V>)newMap[index]; newMap[index] = e; } } }
八、addEntry()
該方法采用頭插法的方式向哈希表中添加元素,在添加元素前,判斷是否需要先調用rehash()方法進行擴容。
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) { modCount++; Entry<?,?> tab[] = table; if (count >= threshold) { // 擴容 rehash(); tab = table; hash = key.hashCode(); index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; } // Creates the new entry. @SuppressWarnings("unchecked") // 頭插法 Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index]; tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e); count++; }
有一點需要注意,HashTable不像HashMap那樣對hashcode()值的高16位和低16位按位與得到hash值,再對數(shù)組長度取余,從而得到數(shù)組下標,而是直接通過** hashcode()值與 0x7FFFFFFF 按位與,在對數(shù)組長度取余,從而得到數(shù)組下標**。
我們分析一下index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length
0x7FFFFFFF為16進制表示法,換成2進制為:0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111共32位,其中最高位為0,而我們知道,在二進制表示中,最高位為0表示正數(shù),1表示負數(shù),因此(hash & 0x7FFFFFFF)表示將key的hashcode()值的最高位設置為0,解決了key的hashcode()值為負數(shù)的情況,再對數(shù)組長度取余,便可得到數(shù)組下標。
九、常用方法
size()
獲取哈希表中鍵值對節(jié)點的數(shù)量。該方法被synchronized修飾,表示線程安全
public synchronized int size() { return count; }
isEmpty()
判斷哈希表中是否不存在鍵值對,該方法被synchronized修飾,表示線程安全
public synchronized boolean isEmpty() { return count == 0; }
contains() 與 containsValue()
判斷哈希表中是否存在指定的value,遍歷方式與HashMap相同,該方法被synchronized修飾,表示線程安全
從方法首行的判空語句可知,HashTable中不允許value值為空
public synchronized boolean contains(Object value) { if (value == null) { throw new NullPointerException(); } Entry<?,?> tab[] = table; 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; } public boolean containsValue(Object value) { return contains(value); }
containsKey()
判斷哈希表中是否存在指定的key,遍歷方式與HashMap相同,該方法被synchronized修飾,表示線程安全
從方法第二行int hash = key.hashCode();來看,HashTable中不允許key值為空,否則會拋出空指針異常。
邏輯與HashMap相同,都是先通過計算哈希值確認哈希表中數(shù)組的下標,再通過遍歷鏈表的形式,查找是否存在鍵值對的key與指定的key相同。
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; }
get()
根據(jù)指定的key,從哈希表中獲取該key對應的value,遍歷方式與HashMap相同,該方法被synchronized修飾,表示線程安全
public synchronized V get(Object key) { Entry<?,?> tab[] = table; // 計算哈希值確認哈希表中數(shù)組的下標 int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; // 遍歷鏈表,查找到相同的key的鍵值對,并返回該鍵值對的value for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { return (V)e.value; } } return null; }
put()
將指定的 <key, value> 鍵值對保存,該方法被synchronized修飾,表示線程安全
從方法首行的判空語句可知,HashTable中不允許value值為空。
public synchronized V put(K key, V value) { // Make sure the value is not null if (value == null) { throw new NullPointerException(); } // Makes sure the key is not already in the hashtable. Entry<?,?> tab[] = table; // 根據(jù)參數(shù)key計算出對應的數(shù)組下標 int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; @SuppressWarnings("unchecked") Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index]; // 對該數(shù)組下標上的鏈表進行遍歷,如果存在key相等的鍵值對,則對其對應的value值進行覆蓋 for(; entry != null ; entry = entry.next) { if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) { V old = entry.value; // 覆蓋value entry.value = value; return old; } } // 如果不存在key相等的鍵值對,則調用addEntry()方法通過頭插法保存鍵值對 addEntry(hash, key, value, index); return null; }
remove()
public synchronized V remove(Object key) { Entry<?,?> tab[] = table; // 計算數(shù)組下標 int hash = key.hashCode(); int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; @SuppressWarnings("unchecked") // 遍歷該數(shù)組下標上的鏈表 Entry<K,V> e = (Entry<K,V>)tab[index]; for(Entry<K,V> prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) { 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; }
十、總結
- 底層結構為數(shù)組+單鏈表實現(xiàn)的哈希表
- 當出現(xiàn)哈希沖突或擴容,且當前位置為鏈表時,采用尾插法將節(jié)點插入到鏈表
- 插入的數(shù)據(jù)是無序的
- 線程安全
- 保存鍵值對節(jié)點的類為Entry,而HashMap中保存鍵值對節(jié)點的類為Node
- 哈希表數(shù)組默認初始容量為11,默認加載因子為0.75
- 哈希表數(shù)組的容量可任意指定,擴容后的容量 為 擴容前容量*2 + 1
- 哈希表和擴容閾值在構造方法中完成初始化,是即時加載而不是延時初始化
- key和value都不允許為空,在HashMap中為key和value都允許為空。
- HashTable的擴容方法為rehash(),HashMap的擴容方法為resize()
- 先擴容,后插入。在HashMap中為先插入后擴容。
到此這篇關于Java的HashTable源碼解讀的文章就介紹到這了,更多相關HashTable源碼解讀內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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