关于java:JDK源码分析Hashtable

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1. 概述

与 HashMap 相似，Hashtable 也是散列表的实现。它的内部结构能够了解为「数组 + 链表」的模式，构造示意图如下：

Hashtable 的类继承构造与签名如下：

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {}

Hashtable 的 key 和 value 都不能为空（HashMap 的 key 和 value 都容许为空），并且 key 必须要实现 hashCode 办法和 equals 办法。

PS: Hashtable 目前应用不是很多，若无线程平安的需要，举荐应用 HashMap；若须要线程平安的高并发实现，举荐应用 ConcurrentHashMap。

2. 代码剖析

2.1 Entry 类

Entry 类实现了 Map.Entry 接口，是 Hashtable 中的节点类。代码如下：

private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    V value;
    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;
    }
  
    public boolean equals(Object o) {if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
        return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) &&
           (value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue()));
    }
  
    public int hashCode() {return hash ^ Objects.hashCode(value);
    }
    // ...
}

2.2 成员变量 

// Hashtable 外部存储元素的数组
private transient Entry<?,?>[] table;

// Hashtable 的阈值 (int)(capacity * loadFactor)
private int threshold;

// 负载因子
private float loadFactor;

// 数组可能调配的最大容量
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

2.3 结构器 

// 结构一个空的 Hashtable，初始容量为 11，负载因子为 0.75
public Hashtable() {this(11, 0.75f);
}

// 结构一个空的 Hashtable，指定初始容量，负载因子为 0.75
public Hashtable(int initialCapacity) {this(initialCapacity, 0.75f);
}

// 结构一个空的 Hashtable，指定初始容量和负载因子
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);
}

// 应用给定的 Map 结构一个 Hashtable
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
    putAll(t);
}

2.4 次要办法

  • put 办法 
public synchronized V put(K key, V value) {// Make sure the value is not null (value 不能为空)
    if (value == null) {throw new NullPointerException();
    }

    // Makes sure the key is not already in the hashtable.
    Entry<?,?> tab[] = table;
    // 计算 key 在 table 中的索引
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    // 判断 key 在 table 中是否已存在，若存在，则用 value 替换旧值
    @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;
        }
    }
    // 若不存在，则执行 addEntry 办法，将 key-value 增加到 table
    addEntry(hash, key, value, index);
    return null;
}

能够看到，key 或 value 有一个为空都会抛出 NullPointerException 异样，因而二者都不能为空。

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
        // 超过阈值，则扩容
        rehash();
        tab = table;
        hash = key.hashCode();
        index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    }
    // Creates the new entry.
    // 将 key-value 增加到 table 中（头插法，即插到链表的头部）// 即：先拿到 index 地位的元素，若为空，示意插入 entry 后则只有一个元素；//   若不为空，示意该地位已有元素，将已有元素 e 连贯到新的 entry 前面
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
    tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    count++;
}

扩容操作 rehash() 如下：

protected void rehash() {
    int oldCapacity = table.length;
    Entry<?,?>[] oldMap = table;
    // overflow-conscious code
    // 新容量为旧容量的 2 倍加 1
    int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
    // 若新容量的值超过最大容量 MAX_ARRAY_SIZE，且旧容量为 MAX_ARRAY_SIZE，则间接返回；// 若旧容量值不为 MAX_ARRAY_SIZE，则新容量为 MAX_ARRAY_SIZE.
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
            // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
            return;
        newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    // 新建一个 Entry 数组，容量为下面计算的容量大小
    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;
            // 留神这里会调换程序
            e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
            newMap[index] = e;
        }
    }
}

扩容操作，若 index 地位为链表，且插入程序为 1、2、3，则在该地位的存储程序为 3、2、1。扩容时，会从前往后读取元素并操作，因而扩容后的程序为 3、2、1。示意图：

值得注意的是，put 办法（包含前面剖析的 get 和 remove 等办法）带有 synchronized 关键字，Hashtable 就是通过这种形式实现线程平安的。这里锁定的是整个 table，因而并发效率较低，这也是高并发场景下举荐应用 ConcurrentHashMap 的起因。

  • get 办法 
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;
}

剖析过 put 办法后，get 办法和 remove 办法剖析起来就比较简单了，它们和 put 办法相似。

  • remove 办法 
public synchronized V remove(Object key) {Entry<?,?> tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    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;
}

三种汇合视图 EntrySet、keySet 和 values 别离如下:

private transient volatile Set<K> keySet;
private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet;
private transient volatile Collection<V> values;

public Set<K> keySet() {if (keySet == null)
        keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
    return keySet;
}

public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {if (entrySet==null)
        entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
    return entrySet;
}

public Collection<V> values() {if (values==null)
        values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(),
                                                    this);
    return values;
}

3. 小结

  1. Hashtable 是散列表的实现，解决散列抵触应用的是链表法，内部结构能够了解为「数组 + 链表」；
  2. 默认初始化容量为 11，默认负载因子为 0.75；
  3. 线程平安，应用 synchronized 关键字，并发效率低；
  4. 若无需保障线程平安，举荐应用 HashMap；若须要线程平安的高并发场景，举荐应用 ConcurrentHashMap。

正文完
java
发表至： java
2021-02-08
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