五.HashTable原理及实现学习总结
有两个类都提供了一个多种用途的hashTable机制，他们都可以将可以key和value结合起来构成键值对通过put(key,value)方法保存起来，然后通过get(key)方法获取相对应的value值。一个是前面提到的HashMap，还有一个就是马上要讲解的HashTable。对于HashTable而言，它在很大程度上和HashMap的实现差不多，如果我们对HashMap比较了解的话，对HashTable的认知会提高很大的帮助。他们两者之间只存在几点的不同，这个后面会阐述。
一、定义
HashTable在Java中的定义如下：
1 public class Hashtable<K,V> 2 extends Dictionary<K,V> 3 implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
从中可以看出HashTable继承Dictionary类，实现Map接口。其中Dictionary类是任何可将键映射到相应值的类（如 Hashtable）的抽象父类。每个键和每个值都是一个对象。在任何一个 Dictionary 对象中，每个键至多与一个值相关联。Map是"key-value键值对"接口。
HashTable采用"拉链法"实现哈希表，它定义了几个重要的参数：table、count、threshold、loadFactor、modCount。
table：为一个Entry[]数组类型，Entry代表了“拉链”的节点，每一个Entry代表了一个键值对，哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。
count：HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。
threshold：Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。
loadFactor：加载因子。
modCount：用来实现“fail-fast”机制的（也就是快速失败）。所谓快速失败就是在并发集合中，其进行迭代操作时，若有其他线程对其进行结构性的修改，这时迭代器会立马感知到，并且立即抛出ConcurrentModificationException异常，而不是等到迭代完成之后才告诉你（你已经出错了）。
二、构造方法
在HashTabel中存在5个构造函数。通过这5个构造函数我们构建出一个我想要的HashTable。
1 public Hashtable() { 2 this(11, 0.75f); 3 }
默认构造函数，容量为11，加载因子为0.75。
1 public Hashtable(int initialCapacity) { 2 this(initialCapacity, 0.75f); 3 }
用指定初始容量和默认的加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。
1 public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) { 2 //验证初始容量 3 if (initialCapacity < 0) 4 throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+ 5 initialCapacity); 6 //验证加载因子 7 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) 8 throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor); 9 10 if (initialCapacity==0) 11 initialCapacity = 1; 12 13 this.loadFactor = loadFactor; 14 15 //初始化table，获得大小为initialCapacity的table数组 16 table = new Entry[initialCapacity]; 17 //计算阀值 18 threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1); 19 //初始化HashSeed值 20 initHashSeedAsNeeded(initialCapacity); 21 }
用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。其中initHashSeedAsNeeded方法用于初始化hashSeed参数，其中hashSeed用于计算key的hash值，它与key的hashCode进行按位异或运算。这个hashSeed是一个与实例相关的随机值，主要用于解决hash冲突。
1 private int hash(Object k) { 2 return hashSeed ^ k.hashCode(); 3 }
构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。
1 public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) { 2 //设置table容器大小，其值==t.size * 2 + 1 3 this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f); 4 putAll(t); 5 }
三、主要方法
HashTable的API对外提供了许多方法，这些方法能够很好帮助我们操作HashTable，但是这里我只介绍两个最根本的方法：put、get。
首先我们先看put方法：将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意这里键key和值value都不可为空。
1 public synchronized V put(K key, V value) { 2 // 确保value不为null 3 if (value == null) { 4 throw new NullPointerException(); //空指针异常 5 } 6 7 /* 8 * 确保key在table[]是不重复的 9 * 处理过程： 10 * 1、计算key的hash值，确认在table[]中的索引位置 11 * 2、迭代index索引位置，如果该位置处的链表中存在一个一样的key，则替换其value，返回旧值 12 */ 13 Entry tab[] = table; 14 int hash = hash(key); //计算key的hash值 15 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; //确认该key的索引位置 16 //迭代，寻找该key，替换 17 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 18 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 19 V old = e.value; 20 e.value = value; 21 return old; 22 } 23 } 24 25 modCount++; 26 if (count >= threshold) { //如果容器中的元素数量已经达到阀值，则进行扩容操作 27 rehash(); 28 tab = table; 29 hash = hash(key); 30 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 31 } 32 33 // 在索引位置处插入一个新的节点 34 Entry<K,V> e = tab[index]; 35 tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e); 36 //容器中元素+1 37 count++; 38 return null; 39 }
put方法的整个处理流程是：计算key的hash值，根据hash值获得key在table数组中的索引位置，然后迭代该key处的Entry链表（我们暂且理解为链表），若该链表中存在一个这个的key对象，那么就直接替换其value值即可，否则在将改key-value节点插入该index索引位置处。如下：
首先我们假设一个容量为5的table，存在8、10、13、16、17、21。他们在table中位置如下：
然后我们插入一个数：put(16,22)，key=16在table的索引位置为1，同时在1索引位置有两个数，程序对该“链表”进行迭代，发现存在一个key=16,这时要做的工作就是用newValue=22替换oldValue16，并将oldValue=16返回。
在put(33,33)，key=33所在的索引位置为3，并且在该链表中也没有存在某个key=33的节点，所以就将该节点插入该链表的第一个位置。
在HashTabled的put方法中有两个地方需要注意：
1、HashTable的扩容操作，在put方法中，如果需要向table[]中添加Entry元素，会首先进行容量校验，如果容量已经达到了阀值，HashTable就会进行扩容处理rehash()，如下:
1 protected void rehash() { 2 int oldCapacity = table.length; 3 //元素 4 Entry<K,V>[] oldMap = table; 5 6 //新容量=旧容量 * 2 + 1 7 int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1; 8 if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) { 9 if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE) 10 return; 11 newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE; 12 } 13 14 //新建一个size = newCapacity 的HashTable 15 Entry<K,V>[] newMap = new Entry[]; 16 17 modCount++; 18 //重新计算阀值 19 threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1); 20 //重新计算hashSeed 21 boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity); 22 23 table = newMap; 24 //将原来的元素拷贝到新的HashTable中 25 for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) { 26 for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) { 27 Entry<K,V> e = old; 28 old = old.next; 29 30 if (rehash) { 31 e.hash = hash(e.key); 32 } 33 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity; 34 e.next = newMap[index]; 35 newMap[index] = e; 36 } 37 } 38 }
在这个rehash()方法中我们可以看到容量扩大两倍+1，同时需要将原来HashTable中的元素一一复制到新的HashTable中，这个过程是比较消耗时间的，同时还需要重新计算hashSeed的，毕竟容量已经变了。这里对阀值啰嗦一下：比如初始值11、加载因子默认0.75，那么这个时候阀值threshold=8，当容器中的元素达到8时，HashTable进行一次扩容操作，容量 = 11 * 2 + 1 =23，而阀值threshold=23*0.75 = 17，当容器元素再一次达到阀值时，HashTable还会进行扩容操作，一次类推。
2、其实这里是我的一个疑问，在计算索引位置index时，HashTable进行了一个与运算过程（hash & 0x7FFFFFFF）。下面是计算key的hash值，这里hashSeed发挥了作用。
1 private int hash(Object k) { 2 return hashSeed ^ k.hashCode(); 3 }
相对于put方法，get方法就会比较简单，处理过程就是计算key的hash值，判断在table数组中的索引位置，然后迭代链表，匹配直到找到相对应key的value,若没有找到返回null。
1 public synchronized V get(Object key) { 2 Entry tab[] = table; 3 int hash = hash(key); 4 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 5 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 6 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 7 return e.value; 8 } 9 } 10 return null; 11 }
四、HashTable与HashMap的区别
HashTable和HashMap存在很多的相同点，但是他们还是有几个比较重要的不同点。
第一：我们从他们的定义就可以看出他们的不同，HashTable基于Dictionary类，而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什么？它是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类，而AbstractMap是基于Map接口的骨干实现，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。
第二：HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value，但是HashTable中的key和value都不允许为null。如下：
当HashMap遇到为null的key时，它会调用putForNullKey方法来进行处理。对于value没有进行任何处理，只要是对象都可以。
1 if (key == null) 2 return putForNullKey(value);
而当HashTable遇到null时，他会直接抛出NullPointerException异常信息。
1 if (value == null) { 2 throw new NullPointerException(); 3 }
第三：Hashtable的方法是同步的，而HashMap的方法不是。所以有人一般都建议如果是涉及到多线程同步时采用HashTable，没有涉及就采用HashMap，但是在Collections类中存在一个静态方法：synchronizedMap()，该方法创建了一个线程安全的Map对象，并把它作为一个封装的对象来返回，所以通过Collections类的synchronizedMap方法是可以同步访问潜在的HashMap。
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