HashTable原理和底層實現

1. 概述

上次討論了HashMap的結構，原理和實現，本文來對Map家族的另一個經常使用集合HashTable進行介紹。HashTable和HashMap兩種集合很是類似，常常被各類面試官問到二者的區別。

對於二者的區別，主要有如下幾點：

1. HashMap是非同步的，沒有對讀寫等操做進行鎖保護，因此是線程不安全的，在多線程場景下會出現數據不一致的問題。而HashTable是同步的，全部的讀寫等操做都進行了鎖（synchronized）保護，在多線程環境下沒有安全問題。可是鎖保護也是有代價的，會對讀寫的效率產生較大影響。
2. HashMap結構中，是容許保存null的，Entry.key和Entry.value都可覺得null。可是HashTable中是不容許保存null的。
3. HashMap的迭代器（Iterator）是fail-fast迭代器，可是Hashtable的迭代器（enumerator）不是fail-fast的。若是有其它線程對HashMap進行的添加/刪除元素，將會拋出ConcurrentModificationException，但迭代器自己的remove方法移除元素則不會拋出異常。這條一樣也是Enumeration和Iterator的區別。

    

   2. 原理

   HashTable類中，保存實際數據的，依然是Entry對象。其數據結構與HashMap是相同的。
   
   HashTable類繼承自Dictionary類，實現了三個接口，分別是Map，Cloneable和java.io.Serializable，以下圖所示。

HashTable中的主要方法，如put，get，remove和rehash等，與HashMap中的功能相同，這裏不做贅述，能夠參考另一篇文章HashMap實現原理及源碼分析

 

3. 源碼分析

HashTable的主要方法的源碼實現邏輯，與HashMap中很是類似，有一點重大區別就是全部的操做都是經過synchronized鎖保護的。只有得到了對應的鎖，才能進行後續的讀寫等操做。

 

1. put方法

put方法的主要邏輯以下：

1. 先獲取synchronized鎖。
2. put方法不容許null值，若是發現是null，則直接拋出異常。
3. 計算key的哈希值和index
4. 遍歷對應位置的鏈表，若是發現已經存在相同的hash和key，則更新value，並返回舊值。
5. 若是不存在相同的key的Entry節點，則調用addEntry方法增長節點。
6. addEntry方法中，若是須要則進行擴容，以後添加新節點到鏈表頭部。

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;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }

        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }




 private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        modCount++;

        Entry<?,?> tab[] = table;
        if (count >= threshold) {
            // Rehash the table if the threshold is exceeded
            rehash();

            tab = table;
            hash = key.hashCode();
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // Creates the new entry.
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        count++;
    }

2. get方法

get方法的主要邏輯以下

1. 先獲取synchronized鎖。
2. 計算key的哈希值和index。
3. 在對應位置的鏈表中尋找具備相同hash和key的節點，返回節點的value。
4. 若是遍歷結束都沒有找到節點，則返回null。

public synchronized V get(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 (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

3.rehash擴容方法

rehash擴容方法主要邏輯以下：

1. 數組長度增長一倍（若是超過上限，則設置成上限值）。
2. 更新哈希表的擴容門限值。
3. 遍歷舊錶中的節點，計算在新表中的index，插入到對應位置鏈表的頭部。

protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        Entry<?,?>[] oldMap = table;

        // overflow-conscious code
        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;

        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;

                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
                e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
                newMap[index] = e;
            }
        }
    }

 

4. 總結

HashTable相對於HashMap的最大特色就是線程安全，全部的操做都是被synchronized鎖保護的