Java的HashTable源碼解讀

更新時(shí)間：2023年12月29日 10:21:45 作者：理想萬歲萬萬歲

這篇文章主要介紹了Java的HashTable源碼解讀,HashTable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?cái)?shù)量等,需要的朋友可以參考下

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(duì)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(gè)同樣是保存 <key, value>鍵值對(duì)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

在這里插入圖片描述

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?cái)?shù)量等。
實(shí)現(xiàn)了Map接口，說明HashMap是一個(gè)以<K，V>鍵值對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)
實(shí)現(xiàn)了Cloneable接口，提供了對(duì)象克隆方法，但請(qǐng)注意，是淺克隆。
實(shí)現(xiàn)了Serializable接口，支持序列化。

Dictionary類是我們?cè)趈ava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(gè)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(gè)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 * NOTE: This class is obsolete.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

在這里插入圖片描述

四、內(nèi)部類Entry

在HashTable中，將鍵值對(duì)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(duì)節(jié)點(diǎn)中key的哈希值
    final int hash;
    // 鍵值對(duì)節(jié)點(diǎn)中的key
    final K key;
    // 鍵值對(duì)節(jié)點(diǎn)中的value
    V value;
    // 鏈表中當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)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(duì)的節(jié)點(diǎn)類Entry其實(shí)與HashMap中保存鍵值對(duì)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(duì)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(gè)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(duì)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(jì)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(shí)初始化的。而在HashTable中，取消了這種延時(shí)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(gè)Map對(duì)象實(shí)例化

通過這種方式構(gòu)造HashTable實(shí)例時(shí)，會(huì)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(shí)，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(duì)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(duì)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(duì)重新計(jì)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(jì)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(duì)重新計(jì)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(jì)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(duì)hashcode()值的高16位和低16位按位與得到hash值，再對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)，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(huì)拋出空指針異常。

邏輯與HashMap相同，都是先通過計(jì)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(duì)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(duì)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(jì)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(duì)，并返回該鍵值對(duì)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(duì)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(jì)算出對(duì)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(duì)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(duì)，則對(duì)其對(duì)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(duì)，則調(diào)用addEntry()方法通過頭插法保存鍵值對(duì)
    addEntry(hash, key, value, index);
    return null;
}

remove()

public synchronized V remove(Object key) {
    Entry<?,?> tab[] = table;
    // 計(jì)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(shí)，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(duì)節(jié)點(diǎn)的類為Entry，而HashMap中保存鍵值對(duì)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(shí)加載而不是延時(shí)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(qǐng)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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Java的HashTable源碼解讀

目錄

一、介紹

二、類的聲明

三、底層實(shí)現(xiàn)

四、內(nèi)部類Entry

五、成員變量

六、構(gòu)造方法

七、擴(kuò)容方法rehash()

八、addEntry()

九、常用方法

十、總結(jié)

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二、類的聲明

三、底層實(shí)現(xiàn)

四、內(nèi)部類Entry

五、成員變量

六、構(gòu)造方法

七、擴(kuò)容方法rehash()

八、addEntry()

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三、底層實(shí)現(xiàn)

四、內(nèi)部類Entry

五、成員變量

六、構(gòu)造方法

七、擴(kuò)容方法rehash()

八、addEntry()

九、常用方法

十、總結(jié)