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(shí)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(guān)的基本功能如添加、刪除、判空、獲取元素數(shù)量等。
- 實(shí)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(jié)構(gòu)
- 實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，提供了對象克隆方法，但請注意，是淺克隆。
- 實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，支持序列化。
Dictionary類是我們在java集合框架學(xué)習(xí)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(rèn)實(shí)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(diǎn)都放在HashTable本身。
另外還需要注意到一個事實(shí)，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* NOTE: This class is obsolete.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(shí)現(xiàn)
HashTable的底層實(shí)現(xiàn)為哈希表+鏈表，相較于底層為哈希表+鏈表+紅黑樹實(shí)現(xiàn)的HashMap，少了紅黑樹的結(jié)構(gòu)，因此并沒有那么復(fù)雜，如下圖所示
四、內(nèi)部類Entry
在HashTable中，將鍵值對封裝成節(jié)點(diǎn)的類為其內(nèi)部類Entry，該內(nèi)部類繼承于Map接口的內(nèi)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(nèi)部類的源碼：
private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
// 鍵值對節(jié)點(diǎn)中key的哈希值
final int hash;
// 鍵值對節(jié)點(diǎn)中的key
final K key;
// 鍵值對節(jié)點(diǎn)中的value
V value;
// 鏈表中當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下一個節(jié)點(diǎn)
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(diǎn)類Entry其實(shí)與HashMap中保存鍵值對的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量 private transient int count; // 擴(kuò)容閾值 private int threshold; // 加載因子，默認(rèn)0.75 private float loadFactor; // 結(jié)構(gòu)性修改次數(shù)，用于快速失敗 private transient int modCount = 0;
六、構(gòu)造方法
HashMap提供了以下四個構(gòu)造方法來創(chuàng)建實(shí)例
無參構(gòu)造
通過默認(rèn)初始容量11 和 默認(rèn)加載因子為0.75 構(gòu)造實(shí)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(jìn)行校驗(yàn)后，設(shè)置初始容量大小的數(shù)組和加載因子，并計算出擴(kuò)容閾值。
還記得在HashMap中，數(shù)組和擴(kuò)容閾值都是在第一次擴(kuò)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(rèn)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(shí)例化
通過這種方式構(gòu)造HashTable實(shí)例時，會先創(chuàng)建實(shí)例，再調(diào)用putAll()方法將map中的數(shù)據(jù)批量保存到實(shí)例中。
注意：在構(gòu)造HashTable實(shí)例時，初始容量為 map容量*2+1 和 默認(rèn)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(kuò)容方法rehash()
該方法的源碼如下，相較于HashMap那么長的擴(kuò)容resize()方法，是否簡單了一點(diǎn)呢？在HashMap的擴(kuò)容resize()方法中，還要一堆判斷去確定數(shù)組容量、擴(kuò)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(kuò)容前后的數(shù)組下標(biāo)是否不變等等。
而在HashTable中，由于在擴(kuò)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(kuò)容后鍵值對位于數(shù)組的下標(biāo)不變的情況，因此，簡單粗暴的，直接擴(kuò)容，然后將原哈希表中的鍵值對重新計算數(shù)組下標(biāo)，放在擴(kuò)容后的哈希表中。
要注意一點(diǎn)：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(kuò)容前的哈希數(shù)組容量
int oldCapacity = table.length;
// 擴(kuò)容前的哈希數(shù)組
Entry<?,?>[] oldMap = table;
// 1.計算擴(kuò)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(biāo)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(biāo)
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(diào)用rehash()方法進(jìn)行擴(kuò)容。
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
modCount++;
Entry<?,?> tab[] = table;
if (count >= threshold) {
// 擴(kuò)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(diǎn)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(biāo)，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(biāo)**。
我們分析一下index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length
0x7FFFFFFF為16進(jìn)制表示法，換成2進(jìn)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(jìn)制表示中，最高位為0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)，因此(hash & 0x7FFFFFFF)表示將key的hashcode()值的最高位設(shè)置為0，解決了key的hashcode()值為負(fù)數(shù)的情況，再對數(shù)組長度取余，便可得到數(shù)組下標(biāo)。
九、常用方法
size()
獲取哈希表中鍵值對節(jié)點(diǎn)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(rèn)哈希表中數(shù)組的下標(biāo)，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(yīng)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(rèn)哈希表中數(shù)組的下標(biāo)
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(yīng)的數(shù)組下標(biāo)
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(biāo)上的鏈表進(jìn)行遍歷，如果存在key相等的鍵值對，則對其對應(yīng)的value值進(jìn)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(diào)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(biāo)
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
// 遍歷該數(shù)組下標(biāo)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(jié)
- 底層結(jié)構(gòu)為數(shù)組+單鏈表實(shí)現(xiàn)的哈希表
- 當(dāng)出現(xiàn)哈希沖突或擴(kuò)容，且當(dāng)前位置為鏈表時，采用尾插法將節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的類為Entry，而HashMap中保存鍵值對節(jié)點(diǎn)的類為Node
- 哈希表數(shù)組默認(rèn)初始容量為11，默認(rèn)加載因子為0.75
- 哈希表數(shù)組的容量可任意指定，擴(kuò)容后的容量 為 擴(kuò)容前容量*2 + 1
- 哈希表和擴(kuò)容閾值在構(gòu)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(kuò)容方法為rehash()，HashMap的擴(kuò)容方法為resize()
- 先擴(kuò)容，后插入。在HashMap中為先插入后擴(kuò)容。
到此這篇關(guān)于Java的HashTable源碼解讀的文章就介紹到這了,更多相關(guān)HashTable源碼解讀內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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