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Java中的HashMap和HashTable到底哪不同？（原文参考来自码农网）

發布時間：2024/4/17 java 47 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Java中的HashMap和HashTable到底哪不同？（原文参考来自码农网）小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

HashMap和HashTable有什么不同？在面試和被面試的過程中，我問過也被問過這個問題，也見過了不少回答，今天決定寫一寫自己心目中的理想答案。

代碼版本

JDK每一版本都在改進。本文討論的HashMap和HashTable基于JDK 1.7.0_67。源碼見這里

1. 時間

HashTable產生于JDK 1.1，而HashMap產生于JDK 1.2。從時間的維度上來看，HashMap要比HashTable出現得晚一些。

2. 作者

以下是HashTable的作者：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable
* @author? Arthur van Hoff
* @author? Josh Bloch
* @author? Neal Gafter

以下是HashMap的作者：

以下代碼及注釋來自java.util.HashMap
* @author? Doug Lea
?* @author? Josh Bloch
?* @author? Arthur van Hoff
?* @author? Neal Gafter

可以看到HashMap的作者多了大神Doug Lea。不了解Doug Lea的，可以看這里。

3. 對外的接口（API）

HashMap和HashTable都是基于哈希表來實現鍵值映射的工具類。討論他們的不同，我們首先來看一下他們暴露在外的API有什么不同。

3.1 Public Method

下面兩張圖，我畫出了HashMap和HashTable的類繼承體系，并列出了這兩個類的可供外部調用的公開方法。

從圖中可以看出，兩個類的繼承體系有些不同。雖然都實現了Map、Cloneable、Serializable三個接口。但是HashMap繼承自抽象類AbstractMap，而HashTable繼承自抽象類Dictionary。其中Dictionary類是一個已經被廢棄

以下代碼及注釋來自java.util.Dictionary

* <strong>NOTE: This class is obsolete. New implementations should
* implement the Map interface, rather than extending this class.</strong>

同時我們看到HashTable比HashMap多了兩個公開方法。一個是elements，這來自于抽象類Dictionary，鑒于該類已經廢棄，所以這個方法也就沒什么用處了。另一個多出來的方法是contains，這個多出來的方法也沒什么用，因為它跟containsValue方法功能是一樣的。代碼為證：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

?public synchronized boolean contains(Object value) {
???? if (value == null) {
???????? throw new NullPointerException();
???? }

???? Entry tab[] = table;
???? for (int i = tab.length ; i-- > 0 ; ) {
???????? for (Entry<K,V> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {
???????????? if (e.value.equals(value)) {
???????????????? return true;
???????????? }
???????? }
???? }
???? return false;
?}

?public boolean containsValue(Object value) {
???? return contains(value);
?}

所以從公開的方法上來看，這兩個類提供的，是一樣的功能。都提供鍵值映射的服務，可以增、刪、查、改鍵值對，可以對建、值、鍵值對提供遍歷視圖。支持淺拷貝，支持序列化。

3.2 Null Key & Null Value

HashMap是支持null鍵和null值的，而HashTable在遇到null時，會拋出NullPointerException異常。這并不是因為HashTable有什么特殊的實現層面的原因導致不能支持null鍵和null值，這僅僅是因為HashMap在實現時對null做了特殊處理，將null的hashCode值定為了0，從而將其存放在哈希表的第0個bucket中。我們一put方法為例，看一看代碼的細節：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

public synchronized V put(K key, V value) {

??? // 如果value為null，拋出NullPointerException
??? if (value == null) {
??????? throw new NullPointerException();
??? }

??? // 如果key為null，在調用key.hashCode()時拋出NullPointerException

??? // ...
}

以下代碼及注釋來自java.util.HasMap

public V put(K key, V value) {
??? if (table == EMPTY_TABLE) {
??????? inflateTable(threshold);
??? }
??? // 當key為null時，調用putForNullKey特殊處理
??? if (key == null)
??????? return putForNullKey(value);
??? // ...
}

private V putForNullKey(V value) {
??? // key為null時，放到table[0]也就是第0個bucket中
??? for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
??????? if (e.key == null) {
??????????? V oldValue = e.value;
??????????? e.value = value;
??????????? e.recordAccess(this);
??????????? return oldValue;
??????? }
??? }
??? modCount++;
??? addEntry(0, null, value, 0);
??? return null;
}

4. 實現原理

本節討論HashMap和HashTable在數據結構和算法層面，有什么不同。

4.1 數據結構

HashMap和HashTable都使用哈希表來存儲鍵值對。在數據結構上是基本相同的，都創建了一個繼承自Map.Entry的私有的內部類Entry，每一個Entry對象表示存儲在哈希表中的一個鍵值對。

Entry對象唯一表示一個鍵值對，有四個屬性：

-K key 鍵對象
-V value 值對象
-int hash 鍵對象的hash值
-Entry?entry 指向鏈表中下一個Entry對象，可為null，表示當前Entry對象在鏈表尾部

可以說，有多少個鍵值對，就有多少個Entry對象，那么在HashMap和HashTable中是怎么存儲這些Entry對象，以方便我們快速查找和修改的呢？請看下圖。

上圖畫出的是一個桶數量為8，存有5個鍵值對的HashMap/HashTable的內存布局情況?？梢钥吹紿ashMap/HashTable內部創建有一個Entry類型的引用數組，用來表示哈希表，數組的長度，即是哈希桶的數量。而數組的每一個元素都是一個Entry引用，從Entry對象的屬性里，也可以看出其是鏈表的節點，每一個Entry對象內部又含有另一個Entry對象的引用。

這樣就可以得出結論，HashMap/HashTable內部用Entry數組實現哈希表，而對于映射到同一個哈希桶（數組的同一個位置）的鍵值對，使用Entry鏈表來存儲(解決hash沖突)。

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

/**
?* The hash table data.
?*/
private transient Entry<K,V>[] table;

以下代碼及注釋來自java.util.HashMap

/**
?* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
?*/
transient Entry<K,V>[] table = (Entry<K,V>[]) EMPTY_TABLE;

從代碼可以看到，對于哈希桶的內部表示，兩個類的實現是一致的。

4.2 算法

上一小節已經說了用來表示哈希表的內部數據結構。HashMap/HashTable還需要有算法來將給定的鍵key，映射到確定的hash桶（數組位置）。需要有算法在哈希桶內的鍵值對多到一定程度時，擴充哈希表的大小（數組的大小）。本小節比較這兩個類在算法層面有哪些不同。

初始容量大小和每次擴充容量大小的不同。先看代碼：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

// 哈希表默認初始大小為11
public Hashtable() {
??? this(11, 0.75f);
}

protected void rehash() {
??? int oldCapacity = table.length;
??? Entry<K,V>[] oldMap = table;

??? // 每次擴容為原來的2n+1
??? int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
??? // ...
}

以下代碼及注釋來自java.util.HashMap

// 哈希表默認初始大小為2^4=16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16

void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
??? // 每次擴充為原來的2n
??? if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
?????? resize(2 * table.length);
}

可以看到HashTable默認的初始大小為11，之后每次擴充為原來的2n+1。HashMap默認的初始化大小為16，之后每次擴充為原來的2倍。還有我沒列出代碼的一點，就是如果在創建時給定了初始化大小，那么HashTable會直接使用你給定的大小，而HashMap會將其擴充為2的冪次方大小。

也就是說HashTable會盡量使用素數、奇數。而HashMap則總是使用2的冪作為哈希表的大小。我們知道當哈希表的大小為素數時，簡單的取模哈希的結果會更加均勻（具體證明，見這篇文章），所以單從這一點上看，HashTable的哈希表大小選擇，似乎更高明些。但另一方面我們又知道，在取模計算時，如果模數是2的冪，那么我們可以直接使用位運算來得到結果，效率要大大高于做除法。所以從hash計算的效率上，又是HashMap更勝一籌。

所以，事實就是HashMap為了加快hash的速度，將哈希表的大小固定為了2的冪。當然這引入了哈希分布不均勻的問題，所以HashMap為解決這問題，又對hash算法做了一些改動。具體我們來看看，在獲取了key對象的hashCode之后，HashTable和HashMap分別是怎樣將他們hash到確定的哈希桶（Entry數組位置）中的。

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

// hash 不能超過Integer.MAX_VALUE 所以要取其最小的31個bit
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

// 直接計算key.hashCode()
private int hash(Object k) {
??? // hashSeed will be zero if alternative hashing is disabled.
??? return hashSeed ^ k.hashCode();
}

以下代碼及注釋來自java.util.HashMap
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);

// 在計算了key.hashCode()之后，做了一些位運算來減少哈希沖突
final int hash(Object k) {
??? int h = hashSeed;
??? if (0 != h && k instanceof String) {
??????? return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
??? }

??? h ^= k.hashCode();

??? // This function ensures that hashCodes that differ only by
??? // constant multiples at each bit position have a bounded
??? // number of collisions (approximately 8 at default load factor).
??? h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
??? return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}

// 取模不再需要做除法
static int indexFor(int h, int length) {
??? // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
??? return h & (length-1);
}

正如我們所言，HashMap由于使用了2的冪次方，所以在取模運算時不需要做除法，只需要位的與運算就可以了。但是由于引入的hash沖突加劇問題，HashMap在調用了對象的hashCode方法之后，又做了一些位運算在打散數據。關于這些位計算為什么可以打散數據的問題，本文不再展開了。感興趣的可以看這里。

如果你有細心讀代碼，還可以發現一點，就是HashMap和HashTable在計算hash時都用到了一個叫hashSeed的變量。這是因為映射到同一個hash桶內的Entry對象，是以鏈表的形式存在的，而鏈表的查詢效率比較低，所以HashMap/HashTable的效率對哈希沖突非常敏感，所以可以額外開啟一個可選hash（hashSeed），從而減少哈希沖突。因為這是兩個類相同的一點，所以本文不再展開了，感興趣的看這里。事實上，這個優化在JDK 1.8中已經去掉了，因為JDK 1.8中，映射到同一個哈希桶（數組位置）的Entry對象，使用了紅黑樹來存儲，從而大大加速了其查找效率。

5. 線程安全

我們說HashTable是同步的，HashMap不是，也就是說HashTable在多線程使用的情況下，不需要做額外的同步，而HashMap則不行。那么HashTable是怎么做到的呢？

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

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;
}

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

可以看到，也比較簡單，就是公開的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍歷視圖比如keySet都使用了Collections.synchronizedXXX進行了同步包裝。

6. 代碼風格

從我的品位來看，HashMap的代碼要比HashTable整潔很多。下面這段HashTable的代碼，我就覺著有點混亂，不太能接受這種代碼復用的方式。

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

/**
?* A hashtable enumerator class.? This class implements both the
?* Enumeration and Iterator interfaces, but individual instances
?* can be created with the Iterator methods disabled.? This is necessary
?* to avoid unintentionally increasing the capabilities granted a user
?* by passing an Enumeration.
?*/
private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
??? Entry[] table = Hashtable.this.table;
??? int index = table.length;
??? Entry<K,V> entry = null;
??? Entry<K,V> lastReturned = null;
??? int type;

??? /**
???? * Indicates whether this Enumerator is serving as an Iterator
???? * or an Enumeration.? (true -> Iterator).
???? */
??? boolean iterator;

??? /**
???? * The modCount value that the iterator believes that the backing
???? * Hashtable should have.? If this expectation is violated, the iterator
???? * has detected concurrent modification.
???? */
??? protected int expectedModCount = modCount;

??? Enumerator(int type, boolean iterator) {
??????? this.type = type;
??????? this.iterator = iterator;
??? }

??? //...

}

7. HashTable已經被淘汰了，不要在代碼中再使用它。

以下描述來自于HashTable的類注釋：

If a thread-safe implementation is not needed, it is recommended to use HashMap in place of Hashtable. If a thread-safe highly-concurrent implementation is desired, then it is recommended to use java.util.concurrent.ConcurrentHashMap in place of Hashtable.

簡單來說就是，如果你不需要線程安全，那么使用HashMap，如果需要線程安全，那么使用ConcurrentHashMap。HashTable已經被淘汰了，不要在新的代碼中再使用它。

8. 持續優化

雖然HashMap和HashTable的公開接口應該不會改變，或者說改變不頻繁。但每一版本的JDK，都會對HashMap和HashTable的內部實現做優化，比如上文曾提到的JDK 1.8的紅黑樹優化。所以，盡可能的使用新版本的JDK吧，除了那些炫酷的新功能，普通的API也會有性能上有提升。

為什么HashTable已經淘汰了，還要優化它？因為有老的代碼還在使用它，所以優化了它之后，這些老的代碼也能獲得性能提升。

轉載于:https://www.cnblogs.com/BeNumberOne/p/6740247.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Java中的HashMap和HashTable到底哪不同？（原文参考来自码农网）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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