Java8 Hashtable 源码阅读

一、Hashtable 概述

Hashtable 底层基于数组与链表实现，通过 synchronized 关键字保证在多线程的环境下仍然可以正常使用。虽然在多线程环境下有了更好的替代者 ConcurrentHashMap，但是作为一个面试中高频的知识点，我们还是有必要了解一下其内部实现细节的。

1.1 内部属性

    // 内部数组private transient Entry<?,?>[] table;// 键值对数量private transient int count;// 扩容阈值private int threshold;// 加载因子private float loadFactor;

内部属性与 HashMap 几乎一致，HashMap 中的 threshold 属性并不止是扩容阈值，还有另一个作用：哈希表容量大小，这一点要注意区分。

1.2 相关构造函数

    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;// 初始化哈希表数组大小，HashMap 中初始化容量大小必须是 2 的幂，但是 Hashtable 没有这个限制table = new Entry<?,?>[initialCapacity];// 初始化扩容阈值threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);}

默认初始化大小与加载因子的构造函数，HashMap 的默认初始化大小是 16，而 Hashtable 是 11，加载因子默认都是 0.75.

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

1.3 Entry

    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;}......}

没有什么好说的，唯一注意区分的是，在 HashMap 中对应的是 Node 结构。

二、源码分析

2.1 put 方法

    public synchronized V put(K key, V value) {// Make sure the value is not null// key（如果为 null，计算哈希值时会抛异常），value 不允许为 nullif (value == null) {throw new NullPointerException();}// Makes sure the key is not already in the hashtable.Entry<?,?> tab[] = table;int hash = key.hashCode();// 计算对应的桶位置int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;@SuppressWarnings("unchecked")Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];// 如果桶位置上对应的链表不为 null，则遍历该链表for(; entry != null ; entry = entry.next) {// key 重复，value 替换，返回老的 valueif ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {V old = entry.value;entry.value = value;return old;}}// 添加新的键值对addEntry(hash, key, value, index);// 添加成功返回 nullreturn null;}

put 方法中并没有直接添加键值对，而是通过 addEntry 方法来完成添加的过程。

    private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {modCount++;Entry<?,?> tab[] = table;// 延迟 rehash？先判断是否需要扩容再 count++if (count >= threshold) {// Rehash the table if the threshold is exceededrehash();tab = table;hash = key.hashCode();// 扩容后，新的键值对对应的桶位置可能会发生变化，因此要重新计算桶位置index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;}// Creates the new entry.@SuppressWarnings("unchecked")// 获取桶位置上的链表Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];// 头插法插入键值对tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);// count++count++;}

添加的键值对的方法还是比较简单的，先根据哈希值计算出在哈希表数组中对应的桶位置，遍历当前桶位置上的链表（如果存在），判断 key 是否重复，如果重复用新的 value 覆盖旧的 value，返回旧的 value。如果 key 不重复，则调用添加键值对的方法（addEntry），addEntry 首先判断了是否需要扩容，如果需要扩容则先进行哈希表的扩容，并重新计算添加的键值对的桶位置，如果不需要扩容，则直接在头节点插入新的键值对。

⚠️HashMap 先添加键值对，然后判断是否需要扩容，Hashtable 是先判断是否需要扩容然后再添加键值对，这一点需要区分下。

还有一点需要注意的是:java8 中 HashMap 通过尾插法插入新的键值对，Hashtable 通过头插法插入键值对。

2.2 rehash 方法

上面我们提到了扩容机制，下面我们就来看一下其具体实现。

    protected void rehash() {// 获取老哈希表容量int oldCapacity = table.length;Entry<?,?>[] oldMap = table;// overflow-conscious code// 新哈希表容量为原容量的 2 倍 + 1，与 HashMap 不同int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;// 容量很大特殊处理if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)// Keep running with MAX_ARRAY_SIZE bucketsreturn;newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;}// 初始化新哈希表数组Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];modCount++;// 重置扩容阈值，与 HashMap 不同，HashMap 直接把 threshold 也扩大为原来的两倍threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);// 重置哈希表数组table = newMap;// 从底向上进行 rehashfor (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {// 获取旧哈希表对应桶位置上的链表for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {// 链表Entry<K,V> e = old;// 重置继续遍历old = old.next;// 获取在新哈希表中的桶位置，键值对逐个进行 rehash// HashMap 会构造一个新的链表然后整个链表进行 rehashint index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;// 头插法 rehashe.next = (Entry<K,V>)newMap[index];// 自己做头节点newMap[index] = e;}}}

与 HashMap 相对比，Hashtable 的 rehash 过程也比较简单，首先将容量扩大为原来的 2 倍 + 1，接着重置 threshold，赋值新的哈希表数组之后就进行键值对 rehash 了。键值对 rehash 的时候从老哈希表数组尾部开始，获取对应桶位置上的链表，键值对逐个进行 rehash。

2.3 get 方法

相对于上面两个方法，get 方法相对来说又简单了很多。

    public synchronized V get(Object key) {Entry<?,?> tab[] = table;int hash = key.hashCode();// 计算 key 对应的桶位置int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;// 遍历桶位置上的链表（如果存在）for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {// 找到对应的 key，直接返回对应的 valueif ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {return (V)e.value;}}return null;}

2.4 remove 方法

    public synchronized V remove(Object key) {Entry<?,?> tab[] = table;int hash = key.hashCode();// 根据 key 的哈希值计算对应的桶位置int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;@SuppressWarnings("unchecked")// 获取桶位置上对应的链表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++;// 移除的非头节点if (prev != null) {// 断开要移除的节点 eprev.next = e.next;} else {// 如果要移除的是头节点则重置后面的节点为头节点tab[index] = e.next;}count--;V oldValue = e.value;// help GCe.value = null;return oldValue;}}return null;}

根据 key 删除键值对方法也比较简单，根据哈希值计算出对应的桶位置后，找到对应桶位置上的链表，判断删除的是不是头节点，如果是则把后面的节点置为头节点，如果不是，只要改变前节点的后继节点为删除节点的后继节点就可以了。

三、other

在分析源码的时候对比了很多与 HashMap 的不同点，在看 Hashtable 源码的时候建议与 HashMap 对比着看，可以加深对 map 的理解。

Hashtable 的内部实现相对来说比较简单，数据结构通过数组和链表实现。如果你需要在并发编程中使用 map，建议使用 ConcurrentHashMap，性能相对于 Hashtable 要高很多，后面有机会我们再讨论 ConcurrentHashMap 的内部实现。

jdk1.8 源码阅读：https://github.com/zchen96/jdk1.8-source-code-read
Java8 HashMap 扩容机制与线程安全分析：https://blog.csdn.net/codejas/article/details/85056606