JDK源碼分析(10)之 Hashtable 相關

来源:https://www.cnblogs.com/sanzao/archive/2019/02/13/10371789.html
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本文的目的並不是讓你對 更加瞭解,然後靈活運用;因為 的一個歷史遺留的類,目前並不建議使用,所以本文主要和 對比,感受同樣功能的不同實現,知道什麼是好的代碼;所以在閱讀本文之前最好先瞭解一下 ,可以參考 "HashMap 相關" ; 一、 類定義 可以看到它和 雖然都是哈希表,但是結構完全不一樣,他 ...


本文的目的並不是讓你對Hashtable更加瞭解,然後靈活運用;因為Hashtable的一個歷史遺留的類,目前並不建議使用,所以本文主要和HashMap對比,感受同樣功能的不同實現,知道什麼是好的代碼;所以在閱讀本文之前最好先瞭解一下 HashMap,可以參考 HashMap 相關

一、 類定義

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

hashtable

可以看到它和HashMap雖然都是哈希表,但是結構完全不一樣,他是繼承於Dictionary

/**
 * Maps the specified <code>key</code> to the specified
 * <code>value</code> in this dictionary. Neither the key nor the
 * value can be <code>null</code>.
 */
abstract public V put(K key, V value);

abstract public Enumeration<K> keys();
abstract public Enumeration<V> elements();

public interface Enumeration<E> {
  boolean hasMoreElements();
  E nextElement();
}

AbstractMap相比功能結構基本一樣,但是有兩點很重要的區別:

  • Hashtable要求 key 和 value,都不能為 null,也就意味著這每次 put 元素的時候都需要判空,真是想想都好痛苦;
  • 另外 keys 和 elements 返回的居然是 Enumeration,這也是一個比較古老的介面,用於枚舉(一次獲得一個)對象集合中的元素;但是目前大多已經被Iterator給取代了;

二、構造方法和成員變數

private transient Entry<?,?>[] table;  // 哈希槽
private int threshold;                 // 閾值
private float loadFactor;              // 負載繫數

以上三個應該就是 Map 中最重要的成員變數了,閾值和負載繫數控制擴容時機,同HashMap的作用是一樣的,哈希槽也是一樣的,但是註意Entry<?,?>[]這裡用的居然是通配符,而不是K V,也就意味著在取 entry 的時候,還需要強轉類型,這也是非常神奇的地方;

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);
}

public Hashtable(int initialCapacity) {
  this(initialCapacity, 0.75f);
}

public Hashtable() {
  this(11, 0.75f);
}

public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
  this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
  putAll(t);
}

如代碼所示四個構造函數,主要就是為了初始化以上三個成員變數,但是註意table的容量;熟悉HashMap的肯定知道,HashMap的容量要求是2的冪,目的是為了使用hash % length = hash & (length-1),優化哈希槽的定位;但是如上面代碼所示Hashtable的容量卻不是,初始容量預設11,擴容是2倍加1;這樣做的優缺點有什麼呢:

  • 缺點,不能利用“與”來優化哈希槽定位;
  • 優點,減小了哈希衝突的幾率(hashmap 的容量雖然是偶數,但是對哈希做了高位與低位,以及紅黑樹,使得即使hash衝突十分嚴重,性能也能得以保證),詳情可以參考 為什麼一般hashtable的桶數會取一個素數

三、重要方法

1. 哈希槽定位

int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

哈希表中最重要的方法肯定是哈希槽定位,如上面的原因Hashtable定址的時候並不能做優化,所以只是用的典型除留餘數法,(hash & 0x7FFFFFFF)則是為了保證第一位符號位是0,也就是正數,保證最終的餘數是正數;

2. get 方法

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;
}

註意Hashtable的所有方法都是synchronized修飾的,所以Hashtable是線程安全的容器;
代碼很簡單,就是得到哈希,計算哈希桶,再一次遍歷鏈表;但是需要註意:

  • int hash = key.hashCode();,這裡是直接取的 key 的 hashCode,所以這裡不能避免極端哈希的情況;
  • 另外就是不能使用可變 key (所有容器都不能使用可變 key),例如:
private static class A {
  String name;
  
  public A(String name) {this.name = name;}

  @Override
  public boolean equals(Object o) { ... }

  @Override
  public int hashCode() { ... }
}

private static void test01() {
  Map<A, String> map = new Hashtable<>();
  A a1 = new A("a");
  A a2 = new A("a");

  map.put(a1, "a");
  map.put(a2, "a");

  System.out.println(map.get(a1));

  a1.name = "b";
  System.out.println(map.get(a1));
}

// 列印:
a
null

3. put 方法

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;
}

Hashtableput方法和HashMap相比,就顯得十分清晰,先判空,在查找,找到就替換,找不到就插入新節點;但是在插入順序(後面會講到),紅黑樹性能保證等方面也就不能和HashMap相比了;另外這裡取出來的Entry也是進行了類型強制轉換;

4. addEntry 方法

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++;
}

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;
  }
  
  ...
}

這裡添加元素的時候首先判斷是否擴容,然後添加節點;值得註意的是添加的節點是直接放在哈希槽里的tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);)大部分的 Map 實現都是將添加的節點放在鏈表尾部;所以Hashtable中節點的相對順序是不斷變化的;

5. rehash 方法

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;
    }
  }
}

擴容的時候也是,先計算新容量,在得到一個新的哈希槽,然後將節點在依次放入;同添加節點一樣是將節點直接放到哈希槽中,那麼在擴容完畢之後,鏈表的相對順序會反向;

總結

  • Hashtable的 key 和 value 都不能為 null,在使用的時候需要判空。。。。蛋疼
  • 哈希值完全依賴 key 的 hashCode方法,所以在使用的時候,需要額外註意
  • Hashtable的容量可以是任意值,預設是11,不能使用“與”來優化定址
  • Hashtable的節點相對位置是不斷變化的;
  • Hashtable是線程安全的;

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