Map总结(HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap等使用场景)
学完了Map的全部内容，我们再回头开开Map的框架图。
本章内容包括：
第1部分 Map概括
第2部分 HashMap和Hashtable异同
第3部分 HashMap和WeakHashMap异同
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第1部分 Map概括
(01) Map 是“键值对”映射的抽象接口。
(02) AbstractMap 实现了Map中的绝大部分函数接口。它减少了“Map的实现类”的重复编码。
(03) SortedMap 有序的“键值对”映射接口。
(04) NavigableMap 是继承于SortedMap的，支持导航函数的接口。
(05) HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap这4个类是“键值对”映射的实现类。它们各有区别！
HashMap 是基于“拉链法”实现的散列表。一般用于单线程程序中。
Hashtable 也是基于“拉链法”实现的散列表。它一般用于多线程程序中。
WeakHashMap 也是基于“拉链法”实现的散列表，它一般也用于单线程程序中。相比HashMap，WeakHashMap中的键是“弱键”，当“弱键”被GC回收时，它对应的键值对也会被从WeakHashMap中删除；而HashMap中的键是强键。
TreeMap 是有序的散列表，它是通过红黑树实现的。它一般用于单线程中存储有序的映射。
第2部分 HashMap和Hashtable异同
第2.1部分 HashMap和Hashtable的相同点
HashMap和Hashtable都是存储“键值对(key-value)”的散列表，而且都是采用拉链法实现的。
存储的思想都是：通过table数组存储，数组的每一个元素都是一个Entry；而一个Entry就是一个单向链表，Entry链表中的每一个节点就保存了key-value键值对数据。
添加key-value键值对：首先，根据key值计算出哈希值，再计算出数组索引(即，该key-value在table中的索引)。然后，根据数组索引找到Entry(即，单向链表)，再遍历单向链表，将key和链表中的每一个节点的key进行对比。若key已经存在Entry链表中，则用该value值取代旧的value值；若key不存在Entry链表中，则新建一个key-value节点，并将该节点插入Entry链表的表头位置。
删除key-value键值对：删除键值对，相比于“添加键值对”来说，简单很多。首先，还是根据key计算出哈希值，再计算出数组索引(即，该key-value在table中的索引)。然后，根据索引找出Entry(即，单向链表)。若节点key-value存在与链表Entry中，则删除链表中的节点即可。
上面介绍了HashMap和Hashtable的相同点。正是由于它们都是散列表，我们关注更多的是“它们的区别，以及它们分别适合在什么情况下使用”。那接下来，我们先看看它们的区别。
第2.2部分 HashMap和Hashtable的不同点
1 继承和实现方式不同
HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
Hashtable 继承于Dictionary，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap的定义:
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { ... }
Hashtable的定义:
public class Hashtable<K,V>
extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { ... }
从中，我们可以看出：
1.1 HashMap和Hashtable都实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
实现了Map接口，意味着它们都支持key-value键值对操作。支持“添加key-value键值对”、“获取key”、“获取value”、“获取map大小”、“清空map”等基本的key-value键值对操作。
实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
实现了java.io.Serializable接口，意味着它们支持序列化，能通过序列化去传输。
1.2 HashMap继承于AbstractMap，而Hashtable继承于Dictionary
Dictionary是一个抽象类，它直接继承于Object类，没有实现任何接口。Dictionary类是JDK 1.0的引入的。虽然Dictionary也支持“添加key-value键值对”、“获取value”、“获取大小”等基本操作，但它的API函数比Map少；而且 Dictionary一般是通过Enumeration(枚举类)去遍历，Map则是通过Iterator(迭代器)去遍历。 然而‘由于Hashtable也实现了Map接口，所以，它即支持Enumeration遍历，也支持Iterator遍历。关于这点，后面还会进一步说明。
AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map接口的绝大部分API函数；为Map的具体实现类提供了极大的便利。它是JDK 1.2新增的类。
2 线程安全不同
Hashtable的几乎所有函数都是同步的，即它是线程安全的，支持多线程。
而HashMap的函数则是非同步的，它不是线程安全的。若要在多线程中使用HashMap，需要我们额外的进行同步处理。 对HashMap的同步处理可以使用Collections类提供的synchronizedMap静态方法，或者直接使用JDK 5.0之后提供的java.util.concurrent包里的ConcurrentHashMap类。
3 对null值的处理不同
HashMap的key、value都可以为null。
Hashtable的key、value都不可以为null。
我们先看看HashMap和Hashtable “添加key-value”的方法
HashMap的添加key-value的方法
// 将“key-value”添加到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
// putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
// recordAccess()函数什么也没有做
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 添加第1个“key为null”的元素都table中的时候，会执行到这里。
// 它的作用是将“设置table[0]的key为null，值为value”。
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
1 // 将“key-value”添加到HashMap中
2 public V put(K key, V value) {
3 // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
4 if (key == null)
5 return putForNullKey(value);
6 // 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
7 int hash = hash(key.hashCode());
8 int i = indexFor(hash, table.length);
9 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
10 Object k;
11 // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
12 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
13 V oldValue = e.value;
14 e.value = value;
15 e.recordAccess(this);
16 return oldValue;
17 }
18 }
19
20 // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
21 modCount++;
22 addEntry(hash, key, value, i);
23 return null;
24 }
25
26 // putForNullKey()的作用是将“key为null”键值对添加到table[0]位置
27 private V putForNullKey(V value) {
28 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
29 if (e.key == null) {
30 V oldValue = e.value;
31 e.value = value;
32 // recordAccess()函数什么也没有做
33 e.recordAccess(this);
34 return oldValue;
35 }
36 }
37 // 添加第1个“key为null”的元素都table中的时候，会执行到这里。
38 // 它的作用是将“设置table[0]的key为null，值为value”。
39 modCount++;
40 addEntry(0, null, value, 0);
41 return null;
42 }
Hashtable的添加key-value的方法
// 将“key-value”添加到Hashtable中
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
// 则用“新的value”替换“旧的value”
Entry tab[] = table;
// Hashtable中不能插入key为null的元素！！！
// 否则，下面的语句会抛出异常！
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
V old = e.value;
e.value = value;
return old;
}
}
// 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
// (01) 将“修改统计数”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
// 则调整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中 Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
count++;
return null;
}
1 // 将“key-value”添加到Hashtable中
2 public synchronized V put(K key, V value) {
3 // Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
4 if (value == null) {
5 throw new NullPointerException();
6 }
7
8 // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
9 // 则用“新的value”替换“旧的value”
10 Entry tab[] = table;
11 // Hashtable中不能插入key为null的元素！！！
12 // 否则，下面的语句会抛出异常！
13 int hash = key.hashCode();
14 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
15 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
16 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
17 V old = e.value;
18 e.value = value;
19 return old;
20 }
21 }
22
23 // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
24 // (01) 将“修改统计数”+1
25 modCount++;
26 // (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
27 // 则调整Hashtable的大小
28 if (count >= threshold) {
29 // Rehash the table if the threshold is exceeded
30 rehash();
31
32 tab = table;
33 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
34 }
35
36 // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中 Entry<K,V> e = tab[index];
37 // (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
38 tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
39 // (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
40 count++;
41 return null;
42 }
根据上面的代码，我们可以看出：
Hashtable的key或value，都不能为null！否则，会抛出异常NullPointerException。
HashMap的key、value都可以为null。 当HashMap的key为null时，HashMap会将其固定的插入table[0]位置(即HashMap散列表的第一个位置)；而且table[0]处只会容纳一个key为null的值，当有多个key为null的值插入的时候，table[0]会保留最后插入的value。
4 支持的遍历种类不同
HashMap只支持Iterator(迭代器)遍历。
而Hashtable支持Iterator(迭代器)和Enumeration(枚举器)两种方式遍历。
Enumeration 是JDK 1.0添加的接口，只有hasMoreElements(), nextElement() 两个API接口，不能通过Enumeration()对元素进行修改 。
而Iterator 是JDK 1.2才添加的接口，支持hasNext(), next(), remove() 三个API接口。HashMap也是JDK 1.2版本才添加的，所以用Iterator取代Enumeration，HashMap只支持Iterator遍历。
5 通过Iterator迭代器遍历时，遍历的顺序不同
HashMap是“从前向后”的遍历数组；再对数组具体某一项对应的链表，从表头开始进行遍历。
Hashtabl是“从后往前”的遍历数组；再对数组具体某一项对应的链表，从表头开始进行遍历。
HashMap和Hashtable都实现Map接口，所以支持获取它们“key的集合”、“value的集合”、“key-value的集合”，然后通过Iterator对这些集合进行遍历。
由于“key的集合”、“value的集合”、“key-value的集合”的遍历原理都是一样的；下面，我以遍历“key-value的集合”来进行说明。
HashMap 和Hashtable 遍历"key-value集合"的方式是：(01) 通过entrySet()获取“Map.Entry集合”。 (02) 通过iterator()获取“Map.Entry集合”的迭代器，再进行遍历。
HashMap的实现方式：先“从前向后”的遍历数组；对数组具体某一项对应的链表，则从表头开始往后遍历。
// 返回“HashMap的Entry集合”
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
// 返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象
private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
// EntrySet对应的集合
// EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
...
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
...
}
// 返回一个“entry迭代器”
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
return new EntryIterator();
}
// Entry的迭代器
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
// 下一个元素
Entry<K,V> next;
// expectedModCount用于实现fail-fast机制。
int expectedModCount;
// 当前索引
int index;
// 当前元素
Entry<K,V> current;
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
// 将next指向table中第一个不为null的元素。
// 这里利用了index的初始值为0，从0开始依次向后遍历，直到找到不为null的元素就退出循环。
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
// 获取下一个元素
final Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
// 注意！！！
// 一个Entry就是一个单向链表
// 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;
// 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
...
}
1 // 返回“HashMap的Entry集合”
2 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
3 return entrySet0();
4 }
5 // 返回“HashMap的Entry集合”，它实际是返回一个EntrySet对象
6 private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
7 Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
8 return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
9 }
10 // EntrySet对应的集合
11 // EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。
12 private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
13 ...
14 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
15 return newEntryIterator();
16 }
17 ...
18 }
19 // 返回一个“entry迭代器”
20 Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
21 return new EntryIterator();
22 }
23 // Entry的迭代器
24 private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
25 public Map.Entry<K,V> next() {
26 return nextEntry();
27 }
28 }
29 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
30 // 下一个元素
31 Entry<K,V> next;
32 // expectedModCount用于实现fail-fast机制。
33 int expectedModCount;
34 // 当前索引
35 int index;
36 // 当前元素
37 Entry<K,V> current;
38
39 HashIterator() {
40 expectedModCount = modCount;
41 if (size > 0) { // advance to first entry
42 Entry[] t = table;
43 // 将next指向table中第一个不为null的元素。
44 // 这里利用了index的初始值为0，从0开始依次向后遍历，直到找到不为null的元素就退出循环。
45 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
46 ;
47 }
48 }
49
50 public final boolean hasNext() {
51 return next != null;
52 }
53
54 // 获取下一个元素
55 final Entry<K,V> nextEntry() {
56 if (modCount != expectedModCount)
57 throw new ConcurrentModificationException();
58 Entry<K,V> e = next;
59 if (e == null)
60 throw new NoSuchElementException();
61
62 // 注意！！！
63 // 一个Entry就是一个单向链表
64 // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点;
65 // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。
66 if ((next = e.next) == null) {
67 Entry[] t = table;
68 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
69 ;
70 }
71 current = e;
72 return e;
73 }
74
75 ...
76 }
Hashtable的实现方式：先从“后向往前”的遍历数组；对数组具体某一项对应的链表，则从表头开始往后遍历。
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
if (entrySet==null)
entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
return entrySet;
}
private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
}
...
}
private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
// 指向Hashtable的table
Entry[] table = Hashtable.this.table;
// Hashtable的总的大小
int index = table.length;
Entry<K,V> entry = null;
Entry<K,V> lastReturned = null;
int type;
// Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
// iterator为true，表示它是迭代器；否则，是枚举类。
boolean iterator;
// 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到，用来实现fail-fast机制。
protected int expectedModCount = modCount;
Enumerator(int type, boolean iterator) {
this.type = type;
this.iterator = iterator;
}
// 从遍历table的数组的末尾向前查找，直到找到不为null的Entry。
public boolean hasMoreElements() {
Entry<K,V> e = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (e == null && i > 0) {
e = t[--i];
}
entry = e;
index = i;
return e != null;
}
// 获取下一个元素
// 注意：从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
// 首先，从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
// 然后，依次向后遍历单向链表Entry。
public T nextElement() {
Entry<K,V> et = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (et == null && i > 0) {
et = t[--i];
}
entry = et;
index = i;
if (et != null) {
Entry<K,V> e = lastReturned = entry;
entry = e.next;
return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
}
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
}
// 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素
// 实际上，它是调用的hasMoreElements()
public boolean hasNext() {
return hasMoreElements();
}
// 迭代器获取下一个元素
// 实际上，它是调用的nextElement()
public T next() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return nextElement();
}
...
}
1 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
2 if (entrySet==null)
3 entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
4 return entrySet;
5 }
6
7 private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
8 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
9 return getIterator(ENTRIES);
10 }
11 ...
12 }
13
14 private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
15 // 指向Hashtable的table
16 Entry[] table = Hashtable.this.table;
17 // Hashtable的总的大小
18 int index = table.length;
19 Entry<K,V> entry = null;
20 Entry<K,V> lastReturned = null;
21 int type;
22
23 // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
24 // iterator为true，表示它是迭代器；否则，是枚举类。
25 boolean iterator;
26
27 // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到，用来实现fail-fast机制。
28 protected int expectedModCount = modCount;
29
30 Enumerator(int type, boolean iterator) {
31 this.type = type;
32 this.iterator = iterator;
33 }
34
35 // 从遍历table的数组的末尾向前查找，直到找到不为null的Entry。
36 public boolean hasMoreElements() {
37 Entry<K,V> e = entry;
38 int i = index;
39 Entry[] t = table;
40 /* Use locals for faster loop iteration */
41 while (e == null && i > 0) {
42 e = t[--i];
43 }
44 entry = e;
45 index = i;
46 return e != null;
47 }
48
49 // 获取下一个元素
50 // 注意：从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
51 // 首先，从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
52 // 然后，依次向后遍历单向链表Entry。
53 public T nextElement() {
54 Entry<K,V> et = entry;
55 int i = index;
56 Entry[] t = table;
57 /* Use locals for faster loop iteration */
58 while (et == null && i > 0) {
59 et = t[--i];
60 }
61 entry = et;
62 index = i;
63 if (et != null) {
64 Entry<K,V> e = lastReturned = entry;
65 entry = e.next;
66 return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
67 }
68 throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
69 }
70
71 // 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素
72 // 实际上，它是调用的hasMoreElements()
73 public boolean hasNext() {
74 return hasMoreElements();
75 }
76
77 // 迭代器获取下一个元素
78 // 实际上，它是调用的nextElement()
79 public T next() {
80 if (modCount != expectedModCount)
81 throw new ConcurrentModificationException();
82 return nextElement();
83 }
84
85 ...
86
87 }
6 容量的初始值 和 增加方式都不一样
HashMap默认的容量大小是16；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2”。
Hashtable默认的容量大小是11；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2 + 1”。
HashMap默认的“加载因子”是0.75, 默认的容量大小是16。
// 默认的初始容量是16，必须是2的幂。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
// 默认加载因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 指定“容量大小”的构造函数
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
1 // 默认的初始容量是16，必须是2的幂。
2 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
3
4 // 默认加载因子
5 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
6
7 // 指定“容量大小”的构造函数
8 public HashMap(int initialCapacity) {
9 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
10 }
当HashMap的 “实际容量” >= “阈值”时，(阈值 = 总的容量 * 加载因子)，就将HashMap的容量翻倍。
// 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
// 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
1 // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
2 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
3 // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
4 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
5 // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，
6 // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”
7 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
8 // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小
9 if (size++ >= threshold)
10 resize(2 * table.length);
11 }
Hashtable默认的“加载因子”是0.75, 默认的容量大小是11。
// 默认构造函数。
2 public Hashtable() {
3 // 默认构造函数，指定的容量大小是11；加载因子是0.75
4 this(11, 0.75f);
5 }
1 // 默认构造函数。
2 public Hashtable() {
3 // 默认构造函数，指定的容量大小是11；加载因子是0.75
4 this(11, 0.75f);
5 }
当Hashtable的 “实际容量” >= “阈值”时，(阈值 = 总的容量 x 加载因子)，就将变为“原始容量x2 + 1”。
// 调整Hashtable的长度，将长度变成原来的(2倍+1)
// (01) 将“旧的Entry数组”赋值给一个临时变量。
// (02) 创建一个“新的Entry数组”，并赋值给“旧的Entry数组”
// (03) 将“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry数组”中
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry[] oldMap = table;
int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
modCount++;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
table = newMap;
for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
Entry<K,V> e = old;
old = old.next;
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}
1 // 调整Hashtable的长度，将长度变成原来的(2倍+1)
2 // (01) 将“旧的Entry数组”赋值给一个临时变量。
3 // (02) 创建一个“新的Entry数组”，并赋值给“旧的Entry数组”
4 // (03) 将“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry数组”中
5 protected void rehash() {
6 int oldCapacity = table.length;
7 Entry[] oldMap = table;
8
9 int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
10 Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
11
12 modCount++;
13 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
14 table = newMap;
15
16 for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
17 for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
18 Entry<K,V> e = old;
19 old = old.next;
20
21 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
22 e.next = newMap[index];
23 newMap[index] = e;
24 }
25 }
26 }
7 添加key-value时的hash值算法不同
HashMap添加元素时，是使用自定义的哈希算法。
Hashtable没有自定义哈希算法，而直接采用的key的hashCode()。
HashMap添加元素时，是使用自定义的哈希算法。
1 static int hash(int h) {
2 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
3 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
4 }
5
6 // 将“key-value”添加到HashMap中
7 public V put(K key, V value) {
8 // 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
9 if (key == null)
10 return putForNullKey(value);
11 // 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
12 int hash = hash(key.hashCode());
13 int i = indexFor(hash, table.length);
14 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
15 Object k;
16 // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
17 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
18 V oldValue = e.value;
19 e.value = value;
20 e.recordAccess(this);
21 return oldValue;
22 }
23 }
24
25 // 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
26 modCount++;
27 addEntry(hash, key, value, i);
28 return null;
29 }
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
// 将“key-value”添加到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key为null”，则将该键值对添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不为null”，则计算该key的哈希值，然后将其添加到该哈希值对应的链表中。
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
// 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“该key”对应的键值对不存在，则将“key-value”添加到table中
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
Hashtable没有自定义哈希算法，而直接采用的key的hashCode()。
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
// 则用“新的value”替换“旧的value”
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
V old = e.value;
e.value = value;
return old;
}
}
// 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
// (01) 将“修改统计数”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
// 则调整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中
Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
count++;
return null;
}
1 public synchronized V put(K key, V value) {
2 // Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
3 if (value == null) {
4 throw new NullPointerException();
5 }
6
7 // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
8 // 则用“新的value”替换“旧的value”
9 Entry tab[] = table;
10 int hash = key.hashCode();
11 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
12 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
13 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
14 V old = e.value;
15 e.value = value;
16 return old;
17 }
18 }
19
20 // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
21 // (01) 将“修改统计数”+1
22 modCount++;
23 // (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
24 // 则调整Hashtable的大小
25 if (count >= threshold) {
26 // Rehash the table if the threshold is exceeded
27 rehash();
28
29 tab = table;
30 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
31 }
32
33 // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中
34 Entry<K,V> e = tab[index];
35 // (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。
36 tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
37 // (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
38 count++;
39 return null;
40 }
8 部分API不同
Hashtable支持contains(Object value)方法，而且重写了toString()方法；
而HashMap不支持contains(Object value)方法，没有重写toString()方法。
最后，再说说“HashMap和Hashtable”使用的情景。
其实，若了解它们之间的不同之处后，可以很容易的区分根据情况进行取舍。例如：(01) 若在单线程中，我们往往会选择HashMap；而在多线程中，则会选择Hashtable。(02)，若不能插入null元素，则选择Hashtable；否则，可以选择HashMap。
但这个不是绝对的标准。例如，在多线程中，我们可以自己对HashMap进行同步，也可以选择ConcurrentHashMap。当HashMap和Hashtable都不能满足自己的需求时，还可以考虑新定义一个类，继承或重新实现散列表；当然，一般情况下是不需要的了。
第3部分 HashMap和WeakHashMap异同
3.1 HashMap和WeakHashMap的相同点
1 它们都是散列表，存储的是“键值对”映射。
2 它们都继承于AbstractMap，并且实现Map基础。
3 它们的构造函数都一样。
它们都包括4个构造函数，而且函数的参数都一样。
4 默认的容量大小是16，默认的加载因子是0.75。
5 它们的“键”和“值”都允许为null。
6 它们都是“非同步的”。
3.2 HashMap和WeakHashMap的不同点
1 HashMap实现了Cloneable和Serializable接口，而WeakHashMap没有。
HashMap实现Cloneable，意味着它能通过clone()克隆自己。
HashMap实现Serializable，意味着它支持序列化，能通过序列化去传输。
2 HashMap的“键”是“强引用(StrongReference)”，而WeakHashMap的键是“弱引用(WeakReference)”。
WeakReference的“弱键”能实现WeakReference对“键值对”的动态回收。当“弱键”不再被使用到时，GC会回收它，WeakReference也会将“弱键”对应的键值对删除。
这个“弱键”实现的动态回收“键值对”的原理呢？其实，通过WeakReference(弱引用)和ReferenceQueue(引用队列)实现的。 首先，我们需要了解WeakHashMap中：
第一，“键”是WeakReference，即key是弱键。
第二，ReferenceQueue是一个引用队列，它是和WeakHashMap联合使用的。当弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。 WeakHashMap中的ReferenceQueue是queue。
第三，WeakHashMap是通过数组实现的，我们假设这个数组是table。
接下来，说说“动态回收”的步骤。
(01) 新建WeakHashMap，将“键值对”添加到WeakHashMap中。
将“键值对”添加到WeakHashMap中时，添加的键都是弱键。
实际上，WeakHashMap是通过数组table保存Entry(键值对)；每一个Entry实际上是一个单向链表，即Entry是键值对链表。
(02) 当某“弱键”不再被其它对象引用，并被GC回收时。在GC回收该“弱键”时，这个“弱键”也同时会被添加到queue队列中。
例如，当我们在将“弱键”key添加到WeakHashMap之后；后来将key设为null。这时，便没有外部外部对象再引用该了key。
接着，当Java虚拟机的GC回收内存时，会回收key的相关内存；同时，将key添加到queue队列中。
(03) 当下一次我们需要操作WeakHashMap时，会先同步table和queue。table中保存了全部的键值对，而queue中保存被GC回收的“弱键”；同步它们，就是删除table中被GC回收的“弱键”对应的键值对。
例如，当我们“读取WeakHashMap中的元素或获取WeakReference的大小时”，它会先同步table和queue，目的是“删除table中被GC回收的‘弱键’对应的键值对”。删除的方法就是逐个比较“table中元素的‘键’和queue中的‘键’”，若它们相当，则删除“table中的该键值对”。
3.3 HashMap和WeakHashMap的比较测试程序
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
import java.util.Date;
import java.lang.ref.WeakReference;
/**
* @desc HashMap 和 WeakHashMap比较程序
*
* @author skywang
* @email kuiwu-wang@163.com
*/
public class CompareHashmapAndWeakhashmap {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 当“弱键”是String时，比较HashMap和WeakHashMap
compareWithString();
// 当“弱键”是自定义类型时，比较HashMap和WeakHashMap
compareWithSelfClass();
}
/**
* 遍历map，并打印map的大小
*/
private static void iteratorAndCountMap(Map map) {
// 遍历map
for (Iterator iter = map.entrySet().iterator();
iter.hasNext(); ) {
Map.Entry en = (Map.Entry)iter.next();
System.out.printf("map entry : %s - %s\n ",en.getKey(), en.getValue());
}
// 打印HashMap的实际大小
System.out.printf(" map size:%s\n\n", map.size());
}
/**
* 通过String对象测试HashMap和WeakHashMap
*/
private static void compareWithString() {
// 新建4个String字符串
String w1 = new String("W1");
String w2 = new String("W2");
String h1 = new String("H1");
String h2 = new String("H2");
// 新建 WeakHashMap对象，并将w1,w2添加到 WeakHashMap中
Map wmap = new WeakHashMap();
wmap.put(w1, "w1");
wmap.put(w2, "w2");
// 新建 HashMap对象，并将h1,h2添加到 WeakHashMap中
Map hmap = new HashMap();
hmap.put(h1, "h1");
hmap.put(h2, "h2");
// 删除HashMap中的“h1”。
// 结果：删除“h1”之后，HashMap中只有 h2 ！
hmap.remove(h1);
// 将WeakHashMap中的w1设置null，并执行gc()。系统会回收w1
// 结果：w1是“弱键”，被GC回收后，WeakHashMap中w1对应的键值对，也会被从WeakHashMap中删除。
// w2是“弱键”，但它不是null，不会被GC回收；也就不会被从WeakHashMap中删除。
// 因此，WeakHashMap中只有 w2
// 注意：若去掉“w1=null” 或者“System.gc()”，结果都会不一样！
w1 = null;
System.gc();
// 遍历并打印HashMap的大小
System.out.printf(" -- HashMap --\n");
iteratorAndCountMap(hmap);
// 遍历并打印WeakHashMap的大小
System.out.printf(" -- WeakHashMap --\n");
iteratorAndCountMap(wmap);
}
/**
* 通过自定义类测试HashMap和WeakHashMap
*/
private static void compareWithSelfClass() {
// 新建4个自定义对象
Self s1 = new Self(10);
Self s2 = new Self(20);
Self s3 = new Self(30);
Self s4 = new Self(40);
// 新建 WeakHashMap对象，并将s1,s2添加到 WeakHashMap中
Map wmap = new WeakHashMap();
wmap.put(s1, "s1");
wmap.put(s2, "s2");
// 新建 HashMap对象，并将s3,s4添加到 WeakHashMap中
Map hmap = new HashMap();
hmap.put(s3, "s3");
hmap.put(s4, "s4");
// 删除HashMap中的s3。
// 结果：删除s3之后，HashMap中只有 s4 ！
hmap.remove(s3);
// 将WeakHashMap中的s1设置null，并执行gc()。系统会回收w1
// 结果：s1是“弱键”，被GC回收后，WeakHashMap中s1对应的键值对，也会被从WeakHashMap中删除。
// w2是“弱键”，但它不是null，不会被GC回收；也就不会被从WeakHashMap中删除。
// 因此，WeakHashMap中只有 s2
// 注意：若去掉“s1=null” 或者“System.gc()”，结果都会不一样！
s1 = null;
System.gc();
/*
// 休眠500ms
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// */
// 遍历并打印HashMap的大小
System.out.printf(" -- Self-def HashMap --\n");
iteratorAndCountMap(hmap);
// 遍历并打印WeakHashMap的大小
System.out.printf(" -- Self-def WeakHashMap --\n");
iteratorAndCountMap(wmap);
}
private static class Self {
int id;
public Self(int id) {
this.id = id;
}
// 覆盖finalize()方法
// 在GC回收时会被执行
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.printf("GC Self: id=%d addr=0x%s)\n", id, this);
}
}
}
1 import java.util.HashMap;
2 import java.util.Iterator;
3 import java.util.Map;
4 import java.util.WeakHashMap;
5 import java.util.Date;
6 import java.lang.ref.WeakReference;
7
8 /**
9 * @desc HashMap 和 WeakHashMap比较程序
10 *
11 * @author skywang
12 * @email kuiwu-wang@163.com
13 */
14 public class CompareHashmapAndWeakhashmap {
15
16 public static void main(String[] args) throws Exception {
17
18 // 当“弱键”是String时，比较HashMap和WeakHashMap
19 compareWithString();
20 // 当“弱键”是自定义类型时，比较HashMap和WeakHashMap
21 compareWithSelfClass();
22 }
23
24 /**
25 * 遍历map，并打印map的大小
26 */
27 private static void iteratorAndCountMap(Map map) {
28 // 遍历map
29 for (Iterator iter = map.entrySet().iterator();
30 iter.hasNext(); ) {
31 Map.Entry en = (Map.Entry)iter.next();
32 System.out.printf("map entry : %s - %s\n ",en.getKey(), en.getValue());
33 }
34
35 // 打印HashMap的实际大小
36 System.out.printf(" map size:%s\n\n", map.size());
37 }
38
39 /**
40 * 通过String对象测试HashMap和WeakHashMap
41 */
42 private static void compareWithString() {
43 // 新建4个String字符串
44 String w1 = new String("W1");
45 String w2 = new String("W2");
46 String h1 = new String("H1");
47 String h2 = new String("H2");
48
49 // 新建 WeakHashMap对象，并将w1,w2添加到 WeakHashMap中
50 Map wmap = new WeakHashMap();
51 wmap.put(w1, "w1");
52 wmap.put(w2, "w2");
53
54 // 新建 HashMap对象，并将h1,h2添加到 WeakHashMap中
55 Map hmap = new HashMap();
56 hmap.put(h1, "h1");
57 hmap.put(h2, "h2");
58
59 // 删除HashMap中的“h1”。
60 // 结果：删除“h1”之后，HashMap中只有 h2 ！
61 hmap.remove(h1);
62
63 // 将WeakHashMap中的w1设置null，并执行gc()。系统会回收w1
64 // 结果：w1是“弱键”，被GC回收后，WeakHashMap中w1对应的键值对，也会被从WeakHashMap中删除。
65 // w2是“弱键”，但它不是null，不会被GC回收；也就不会被从WeakHashMap中删除。
66 // 因此，WeakHashMap中只有 w2
67 // 注意：若去掉“w1=null” 或者“System.gc()”，结果都会不一样！
68 w1 = null;
69 System.gc();
70
71 // 遍历并打印HashMap的大小
72 System.out.printf(" -- HashMap --\n");
73 iteratorAndCountMap(hmap);
74
75 // 遍历并打印WeakHashMap的大小
76 System.out.printf(" -- WeakHashMap --\n");
77 iteratorAndCountMap(wmap);
78 }
79
80 /**
81 * 通过自定义类测试HashMap和WeakHashMap
82 */
83 private static void compareWithSelfClass() {
84 // 新建4个自定义对象
85 Self s1 = new Self(10);
86 Self s2 = new Self(20);
87 Self s3 = new Self(30);
88 Self s4 = new Self(40);
89
90 // 新建 WeakHashMap对象，并将s1,s2添加到 WeakHashMap中
91 Map wmap = new WeakHashMap();
92 wmap.put(s1, "s1");
93 wmap.put(s2, "s2");
94
95 // 新建 HashMap对象，并将s3,s4添加到 WeakHashMap中
96 Map hmap = new HashMap();
97 hmap.put(s3, "s3");
98 hmap.put(s4, "s4");
99
100 // 删除HashMap中的s3。
101 // 结果：删除s3之后，HashMap中只有 s4 ！
102 hmap.remove(s3);
103
104 // 将WeakHashMap中的s1设置null，并执行gc()。系统会回收w1
105 // 结果：s1是“弱键”，被GC回收后，WeakHashMap中s1对应的键值对，也会被从WeakHashMap中删除。
106 // w2是“弱键”，但它不是null，不会被GC回收；也就不会被从WeakHashMap中删除。
107 // 因此，WeakHashMap中只有 s2
108 // 注意：若去掉“s1=null” 或者“System.gc()”，结果都会不一样！
109 s1 = null;
110 System.gc();
111
112 /*
113 // 休眠500ms
114 try {
115 Thread.sleep(500);
116 } catch (InterruptedException e) {
117 e.printStackTrace();
118 }
119 // */
120
121 // 遍历并打印HashMap的大小
122 System.out.printf(" -- Self-def HashMap --\n");
123 iteratorAndCountMap(hmap);
124
125 // 遍历并打印WeakHashMap的大小
126 System.out.printf(" -- Self-def WeakHashMap --\n");
127 iteratorAndCountMap(wmap);
128 }
129
130 private static class Self {
131 int id;
132
133 public Self(int id) {
134 this.id = id;
135 }
136
137 // 覆盖finalize()方法
138 // 在GC回收时会被执行
139 protected void finalize() throws Throwable {
140 super.finalize();
141 System.out.printf("GC Self: id=%d addr=0x%s)\n", id, this);
142 }
143 }
144 }
运行结果：
-- HashMap -- map entry : H2 - h2 map size:1 -- WeakHashMap -- map entry : W2 - w2 map size:1 -- Self-def HashMap -- map entry : CompareHashmapAndWeakhashmap$Self@1ff9dc36 - s4 map size:1 -- Self-def WeakHashMap -- GC Self: id=10 addr=0xCompareHashmapAndWeakhashmap$Self@12276af2) map entry : CompareHashmapAndWeakhashmap$Self@59de3f2d - s2 map size:1
