集合之HashTable

 在java中与有两个类都提供了一个多种用途的hashTable机制，他们均可以将能够key和value结合起来构成键值对经过put(key,value)方法保存起来，而后经过get(key)方法获取相对应的value值。一个是前面提到的HashMap，还有一个就是立刻要讲解的HashTable。对于HashTable而言，它在很大程度上和HashMap的实现差很少，若是咱们对HashMap比较了解的话，对HashTable的认知会提升很大的帮助。他们二者之间只存在几点的不一样，这个后面会阐述。

1、定义

      HashTable在Java中的定义以下：

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

      从中能够看出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。每一个键和每一个值都是一个对象。在任何一个 Dictionary 对象中，每一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表明了“拉链”的节点，每个Entry表明了一个键值对，哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。

      count：HashTable的大小，注意这个大小并非HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。

      threshold：Hashtable的阈值，用于判断是否须要调整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，其进行迭代操做时，如有其余线程对其进行结构性的修改，这时迭代器会立马感知到，而且当即抛出ConcurrentModificationException异常，而不是等到迭代完成以后才告诉你（你已经出错了）。

 

2、构造方法

      在HashTabel中存在5个构造函数。经过这5个构造函数咱们构建出一个我想要的HashTable。

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

      默认构造函数，容量为11，加载因子为0.75。

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

      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。

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {        //验证初始容量        if (initialCapacity < 0)            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                               initialCapacity);        //验证加载因子        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);        if (initialCapacity==0)            initialCapacity = 1;                this.loadFactor = loadFactor;                //初始化table，得到大小为initialCapacity的table数组        table = new Entry[initialCapacity];        //计算阀值        threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);        //初始化HashSeed值        initHashSeedAsNeeded(initialCapacity);    }

      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。

private int hash(Object k) {        return hashSeed ^ k.hashCode();    }

  构造一个与给定的 Map 具备相同映射关系的新哈希表。

public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {        //设置table容器大小，其值==t.size * 2 + 1        this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);        putAll(t);    }

3、主要方法

      HashTable的API对外提供了许多方法，这些方法可以很好帮助咱们操做HashTable，可是这里我只介绍两个最根本的方法：put、get。

      首先咱们先看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。

public synchronized V put(K key, V value) {        // 确保value不为null        if (value == null) {            throw new NullPointerException();        }        /*         * 确保key在table[]是不重复的         * 处理过程：         * 一、计算key的hash值，确认在table[]中的索引位置         * 二、迭代index索引位置，若是该位置处的链表中存在一个同样的key，则替换其value，返回旧值         */        Entry tab[] = table;        int hash = hash(key);    //计算key的hash值        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;     //确认该key的索引位置        //迭代，寻找该key，替换        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;            }        }        modCount++;        if (count >= threshold) {  //若是容器中的元素数量已经达到阀值，则进行扩容操做            rehash();            tab = table;            hash = hash(key);            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;        }        // 在索引位置处插入一个新的节点        Entry<K,V> e = tab[index];        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);        //容器中元素+1        count++;        return null;    }

      put方法的整个处理流程是：计算key的hash值，根据hash值得到key在table数组中的索引位置，而后迭代该key处的Entry链表（咱们暂且理解为链表），若该链表中存在一个这个的key对象，那么就直接替换其value值便可，不然在将改key-value节点插入该index索引位置处。以下：

      首先咱们假设一个容量为5的table，存在八、十、1三、1六、1七、21。他们在table中位置以下：

     而后咱们插入一个数：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,这时要作的工做就是用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，而且在该链表中也没有存在某个key=33的节点，因此就将该节点插入该链表的第一个位置。

         在HashTabled的put方法中有两个地方须要注意：

        一、HashTable的扩容操做，在put方法中，若是须要向table[]中添加Entry元素，会首先进行容量校验，若是容量已经达到了阀值，HashTable就会进行扩容处理rehash()，以下:

protected void rehash() {        int oldCapacity = table.length;        //元素        Entry<K,V>[] oldMap = table;        //新容量=旧容量 * 2 + 1        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {            if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)                return;            newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;        }                //新建一个size = newCapacity 的HashTable        Entry<K,V>[] newMap = new Entry[];        modCount++;        //从新计算阀值        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);        //从新计算hashSeed        boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);        table = newMap;        //将原来的元素拷贝到新的HashTable中        for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {            for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {                Entry<K,V> e = old;                old = old.next;                if (rehash) {                    e.hash = hash(e.key);                }                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;                e.next = newMap[index];                newMap[index] = e;            }        }    }

      在这个rehash()方法中咱们能够看到容量扩大两倍+1，同时须要将原来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，同时还须要从新计算hashSeed的，毕竟容量已经变了。这里对阀值啰嗦一下：好比初始值十一、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进行一次扩容操做，容量 = 8 * 2 + 1 =17，而阀值threshold=17*0.75 = 13，当容器元素再一次达到阀值时，HashTable还会进行扩容操做，一次类推。

     二、其实这里是个人一个疑问，在计算索引位置index时，HashTable进行了一个与运算过程（hash & 0x7FFFFFFF），为何须要作一步操做，这么作有什么好处？若是哪位知道，望指导，LZ不胜感激！！下面是计算key的hash值，这里hashSeed发挥了做用。

private int hash(Object k) {        return hashSeed ^ k.hashCode();    }

     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，而后迭代链表，匹配直到找到相对应key的value,若没有找到返回null。

public synchronized V get(Object key) {        Entry tab[] = table;        int hash = hash(key);        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)) {                return e.value;            }        }        return null;    }

4、HashTable与HashMap的区别

      HashTable和HashMap存在不少的相同点，可是他们仍是有几个比较重要的不一样点。

      第一：咱们从他们的定义就能够看出他们的不一样，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，它以最大限度地减小实现此接口所需的工做。

      第二：HashMap能够容许存在一个为null的key和任意个为null的value，可是HashTable中的key和value都不容许为null。以下：

      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，只要是对象均可以。

if (key == null)            return putForNullKey(value);

      而当HashTable遇到null时，他会直接抛出NullPointerException异常信息。

if (value == null) {            throw new NullPointerException();        }

      第三：Hashtable的方法是同步的，而HashMap的方法不是。因此有人通常都建议若是是涉及到多线程同步时采用HashTable，没有涉及就采用HashMap，可是在Collections类中存在一个静态方法：synchronizedMap()，该方法建立了一个线程安全的Map对象，并把它做为一个封装的对象来返回，因此经过Collections类的synchronizedMap方法是能够咱们你同步访问潜在的HashMap。这样君该如何选择呢？？？