HashTable源码解析
Hashtable简介 HashTable同样是基于哈希表实现的,同样每个元素都是key-value对,其内部也是通过单链表解决冲突问题,容量不足(超过了阈值)时,同样会自动增长。
Hashtable也是JDK1.0引入的类,是线程安全的,能用于多线程环境中。
Hashtable同样实现了Serializable接口,它支持序列化,实现了Cloneable接口,能被克隆。
Hashtable源码剖析 Hashtable的源码的很多实现都和HashMap差不多,源码如下(加入了比较详细的注释):
package java.util;
import java.io.*;
public class Hashtable
extends Dictionary
implements Map, Cloneable, java.io.Serializable {// 保存key-value的数组。
// Hashtable同样采用单链表解决冲突,每一个Entry本质上是一个单向链表
private transient Entry[] table;
// Hashtable中键值对的数量
private transient int count;
// 阈值,用于判断是否需要调整Hashtable的容量(threshold = 容量*加载因子)
private int threshold;
// 加载因子
private float loadFactor;
// Hashtable被改变的次数,用于fail-fast机制的实现
private transient int modCount = 0;
// 序列版本号
private static final long serialVersionUID = 1421746759512286392L;
// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
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;
table = new Entry[initialCapacity];
threshold = (int)(initialCapacity * loadFactor);
}// 指定“容量大小”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0.75f);
}// 默认构造函数。
public Hashtable() {
// 默认构造函数,指定的容量大小是11;加载因子是0.75
this(11, 0.75f);
}// 包含“子Map”的构造函数
public Hashtable(Map extends K, ? extends V> t) {
this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
// 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中
putAll(t);
}public synchronized int size() {
return count;
}public synchronized boolean isEmpty() {
return count == 0;
}// 返回“所有key”的枚举对象
public synchronized Enumeration keys() {
return this.getEnumeration(KEYS);
}// 返回“所有value”的枚举对象
public synchronized Enumeration elements() {
return this.getEnumeration(VALUES);
}// 判断Hashtable是否包含“值(value)”
public synchronized boolean contains(Object value) {
//注意,Hashtable中的value不能是null,
// 若是null的话,抛出异常!
if (value =https://www.it610.com/article/= null) {
throw new NullPointerException();
}// 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)
// 对于每个Entry(单向链表),逐个遍历,判断节点的值是否等于value
Entry tab[] = table;
for (int i = tab.length ;
i--> 0 ;
) {
for (Entry 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);
}// 判断Hashtable是否包含key
public synchronized boolean containsKey(Object key) {
Entry tab[] = table;
//计算hash值,直接用key的hashCode代替
int hash = key.hashCode();
// 计算在数组中的索引值
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry e = tab[index] ;
e != null ;
e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return true;
}
}
return false;
}// 返回key对应的value,没有的话返回null
public synchronized V get(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
// 计算索引值,
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry e = tab[index] ;
e != null ;
e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return e.value;
}
}
return null;
}// 调整Hashtable的长度,将长度变成原来的2倍+1
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry[] oldMap = table;
//创建新容量大小的Entry数组
int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
modCount++;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
table = newMap;
//将“旧的Hashtable”中的元素复制到“新的Hashtable”中
for (int i = oldCapacity ;
i-- > 0 ;
) {
for (Entry old = oldMap[i] ;
old != null ;
) {
Entry e = old;
old = old.next;
//重新计算index
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}// 将“key-value”添加到Hashtable中
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value为null的元素!!!
if (value =https://www.it610.com/article/= null) {
throw new NullPointerException();
}// 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”,
// 则用“新的value”替换“旧的value”
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)) {
V old = e.value;
e.value = https://www.it610.com/article/value;
return old;
}
}// 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”,
// 将“修改统计数”+1
modCount++;
//若“Hashtable实际容量”> “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
//则调整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
rehash();
tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}//将新的key-value对插入到tab[index]处(即链表的头结点)
Entry e = tab[index];
tab[index] = new Entry(hash, key, value, e);
count++;
return null;
}// 删除Hashtable中键为key的元素
public synchronized V remove(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
//从table[index]链表中找出要删除的节点,并删除该节点。
//因为是单链表,因此要保留带删节点的前一个节点,才能有效地删除节点
for (Entry e = tab[index], 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 = https://www.it610.com/article/e.value;
e.value = null;
return oldValue;
}
}
return null;
}// 将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到Hashtable中
public synchronized void putAll(Map extends K, ? extends V> t) {
for (Map.Entry extends K, ? extends V> e : t.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}// 清空Hashtable
// 将Hashtable的table数组的值全部设为null
public synchronized void clear() {
Entry tab[] = table;
modCount++;
for (int index = tab.length;
--index >= 0;
)
tab[index] = null;
count = 0;
}// 克隆一个Hashtable,并以Object的形式返回。
public synchronized Object clone() {
try {
Hashtable t = (Hashtable) super.clone();
t.table = new Entry[table.length];
for (int i = table.length ;
i-- > 0 ;
) {
t.table[i] = (table[i] != null)
? (Entry) table[i].clone() : null;
}
t.keySet = null;
t.entrySet = null;
t.values = null;
t.modCount = 0;
return t;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
}public synchronized String toString() {
int max = size() - 1;
if (max == -1)
return "{}";
StringBuilder sb = new StringBuilder();
Iterator> it = entrySet().iterator();
sb.append('{');
for (int i = 0;
;
i++) {
Map.Entry e = it.next();
K key = e.getKey();
V value = https://www.it610.com/article/e.getValue();
sb.append(key== this ?"(this Map)" : key.toString());
sb.append('=');
sb.append(value =https://www.it610.com/article/= this ?"(this Map)" : value.toString());
if (i == max)
return sb.append('}').toString();
sb.append(", ");
}
}// 获取Hashtable的枚举类对象
// 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象;
// 否则,返回正常的Enumerator的对象。
private Enumeration getEnumeration(int type) {
if (count == 0) {
return (Enumeration)emptyEnumerator;
} else {
return new Enumerator(type, false);
}
}// 获取Hashtable的迭代器
// 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空迭代器”对象;
// 否则,返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)
private Iterator getIterator(int type) {
if (count == 0) {
return (Iterator) emptyIterator;
} else {
return new Enumerator(type, true);
}
}// Hashtable的“key的集合”。它是一个Set,没有重复元素
private transient volatile Set keySet = null;
// Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Set,没有重复元素
private transient volatile Set> entrySet = null;
// Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Collection,可以有重复元素
private transient volatile Collection values = null;
// 返回一个被synchronizedSet封装后的KeySet对象
// synchronizedSet封装的目的是对KeySet的所有方法都添加synchronized,实现多线程同步
public Set keySet() {
if (keySet == null)
keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
return keySet;
}// Hashtable的Key的Set集合。
// KeySet继承于AbstractSet,所以,KeySet中的元素没有重复的。
private class KeySet extends AbstractSet {
public Iterator iterator() {
return getIterator(KEYS);
}
public int size() {
return count;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return Hashtable.this.remove(o) != null;
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}// 返回一个被synchronizedSet封装后的EntrySet对象
// synchronizedSet封装的目的是对EntrySet的所有方法都添加synchronized,实现多线程同步
public Set> entrySet() {
if (entrySet==null)
entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
return entrySet;
}// Hashtable的Entry的Set集合。
// EntrySet继承于AbstractSet,所以,EntrySet中的元素没有重复的。
private class EntrySet extends AbstractSet> {
public Iterator> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
}public boolean add(Map.Entry o) {
return super.add(o);
}// 查找EntrySet中是否包含Object(0)
// 首先,在table中找到o对应的Entry链表
// 然后,查找Entry链表中是否存在Object
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry entry = (Map.Entry)o;
Object key = entry.getKey();
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.equals(entry))
return true;
return false;
}// 删除元素Object(0)
// 首先,在table中找到o对应的Entry链表
// 然后,删除链表中的元素Object
public boolean remove(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry entry = (Map.Entry) o;
K key = entry.getKey();
Entry[] tab = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry e = tab[index], prev = null;
e != null;
prev = e, e = e.next) {
if (e.hash==hash && e.equals(entry)) {
modCount++;
if (prev != null)
prev.next = e.next;
else
tab[index] = e.next;
count--;
e.value = https://www.it610.com/article/null;
return true;
}
}
return false;
}public int size() {
return count;
}public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}// 返回一个被synchronizedCollection封装后的ValueCollection对象
// synchronizedCollection封装的目的是对ValueCollection的所有方法都添加synchronized,实现多线程同步
public Collection values() {
if (values==null)
values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(),
this);
return values;
}// Hashtable的value的Collection集合。
// ValueCollection继承于AbstractCollection,所以,ValueCollection中的元素可以重复的。
private class ValueCollection extends AbstractCollection {
public Iterator iterator() {
return getIterator(VALUES);
}
public int size() {
return count;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}// 重新equals()函数
// 若两个Hashtable的所有key-value键值对都相等,则判断它们两个相等
public synchronized boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (!(o instanceof Map))
return false;
Map t = (Map) o;
if (t.size() != size())
return false;
try {
// 通过迭代器依次取出当前Hashtable的key-value键值对
// 并判断该键值对,存在于Hashtable中。
// 若不存在,则立即返回false;否则,遍历完“当前Hashtable”并返回true。
Iterator> i = entrySet().iterator();
while (i.hasNext()) {
Map.Entry e = i.next();
K key = e.getKey();
V value = https://www.it610.com/article/e.getValue();
if (value == null) {
if (!(t.get(key)==null && t.containsKey(key)))
return false;
} else {
if (!value.equals(t.get(key)))
return false;
}
}
} catch (ClassCastException unused){
return false;
} catch (NullPointerException unused) {
return false;
}return true;
}// 计算Entry的hashCode
// 若 Hashtable的实际大小为0 或者 加载因子<0,则返回0。
// 否则,返回“Hashtable中的每个Entry的key和value的异或值 的总和”。
public synchronized int hashCode() {
int h = 0;
if (count == 0 || loadFactor < 0)
return h;
// Returns zeroloadFactor = -loadFactor;
// Mark hashCode computation in progress
Entry[] tab = table;
for (int i = 0;
i < tab.length;
i++)
for (Entry e = tab[i];
e != null;
e = e.next)
h += e.key.hashCode() ^ e.value.hashCode();
loadFactor = -loadFactor;
// Mark hashCode computation completereturn h;
}// java.io.Serializable的写入函数
// 将Hashtable的“总的容量,实际容量,所有的Entry”都写入到输出流中
private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws IOException
{
// Write out the length, threshold, loadfactor
s.defaultWriteObject();
// Write out length, count of elements and then the key/value objects
s.writeInt(table.length);
s.writeInt(count);
for (int index = table.length-1;
index>= 0;
index--) {
Entry entry = table[index];
while (entry != null) {
s.writeObject(entry.key);
s.writeObject(entry.value);
entry = entry.next;
}
}
}// java.io.Serializable的读取函数:根据写入方式读出
// 将Hashtable的“总的容量,实际容量,所有的Entry”依次读出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
// Read in the length, threshold, and loadfactor
s.defaultReadObject();
// Read the original length of the array and number of elements
int origlength = s.readInt();
int elements = s.readInt();
// Compute new size with a bit of room 5% to grow but
// no larger than the original size.Make the length
// odd if it's large enough, this helps distribute the entries.
// Guard against the length ending up zero, that's not valid.
int length = (int)(elements * loadFactor) + (elements / 20) + 3;
if (length > elements && (length & 1) == 0)
length--;
if (origlength > 0 && length > origlength)
length = origlength;
Entry[] table = new Entry[length];
count = 0;
// Read the number of elements and then all the key/value objects
for (;
elements > 0;
elements--) {
K key = (K)s.readObject();
V value = https://www.it610.com/article/(V)s.readObject();
// synch could be eliminated for performance
reconstitutionPut(table, key, value);
}
this.table = table;
}private void reconstitutionPut(Entry[] tab, K key, V value)
throws StreamCorruptedException
{
if (value == null) {
throw new java.io.StreamCorruptedException();
}
// Makes sure the key is not already in the hashtable.
// This should not happen in deserialized version.
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)) {
throw new java.io.StreamCorruptedException();
}
}
// Creates the new entry.
Entry e = tab[index];
tab[index] = new Entry(hash, key, value, e);
count++;
}// Hashtable的Entry节点,它本质上是一个单向链表。
// 也因此,我们才能推断出Hashtable是由拉链法实现的散列表
private static class Entry implements Map.Entry {
// 哈希值
int hash;
K key;
V value;
// 指向的下一个Entry,即链表的下一个节点
Entry next;
// 构造函数
protected Entry(int hash, K key, V value, Entry next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = https://www.it610.com/article/value;
this.next = next;
}protected Object clone() {
return new Entry(hash, key, value,
(next==null ? null : (Entry) next.clone()));
}public K getKey() {
return key;
}public V getValue() {
return value;
}// 设置value。若value是null,则抛出异常。
public V setValue(V value) {
if (value =https://www.it610.com/article/= null)
throw new NullPointerException();
V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
}// 覆盖equals()方法,判断两个Entry是否相等。
// 若两个Entry的key和value都相等,则认为它们相等。
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 ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());
}public String toString() {
return key.toString()+"="+value.toString();
}
}private static final int KEYS = 0;
private static final int VALUES = 1;
private static final int ENTRIES = 2;
// Enumerator的作用是提供了“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。
private class Enumerator implements Enumeration, Iterator {
// 指向Hashtable的table
Entry[] table = Hashtable.this.table;
// Hashtable的总的大小
int index = table.length;
Entry entry = null;
Entry lastReturned = null;
int type;
// Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
// iterator为true,表示它是迭代器;否则,是枚举类。
boolean iterator;
// 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到,用来实现fail-fast机制。
protected int expectedModCount = modCount;
Enumerator(int type, boolean iterator) {
this.type = type;
this.iterator = iterator;
}// 从遍历table的数组的末尾向前查找,直到找到不为null的Entry。
public boolean hasMoreElements() {
Entry e = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (e == null && i > 0) {
e = t[--i];
}
entry = e;
index = i;
return e != null;
}// 获取下一个元素
// 注意:从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
// 首先,从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
// 然后,依次向后遍历单向链表Entry。
public T nextElement() {
Entry et = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (et == null && i > 0) {
et = t[--i];
}
entry = et;
index = i;
if (et != null) {
Entry e = lastReturned = entry;
entry = e.next;
return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
}
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
}// 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素
// 实际上,它是调用的hasMoreElements()
public boolean hasNext() {
return hasMoreElements();
}// 迭代器获取下一个元素
// 实际上,它是调用的nextElement()
public T next() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return nextElement();
}// 迭代器的remove()接口。
// 首先,它在table数组中找出要删除元素所在的Entry,
// 然后,删除单向链表Entry中的元素。
public void remove() {
if (!iterator)
throw new UnsupportedOperationException();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException("Hashtable Enumerator");
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
synchronized(Hashtable.this) {
Entry[] tab = Hashtable.this.table;
int index = (lastReturned.hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry e = tab[index], prev = null;
e != null;
prev = e, e = e.next) {
if (e == lastReturned) {
modCount++;
expectedModCount++;
if (prev == null)
tab[index] = e.next;
else
prev.next = e.next;
count--;
lastReturned = null;
return;
}
}
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator();
private static Iterator emptyIterator = new EmptyIterator();
// 空枚举类
// 当Hashtable的实际大小为0;此时,又要通过Enumeration遍历Hashtable时,返回的是“空枚举类”的对象。
private static class EmptyEnumerator implements Enumeration
几点总结 【HashTable源码解析】针对Hashtable,我们同样给出几点比较重要的总结,但要结合与HashMap的比较来总结。
1. 二者的存储结构和解决冲突的方法都是相同的。
2. HashTable在不指定容量的情况下的默认容量为11,而HashMap为16,Hashtable不要求底层数组的容量一定要为2的整数次幂,而HashMap则要求一定为2的整数次幂。
3. Hashtable中key和value都不允许为null,而HashMap中key和value都允许为null(key只能有一个为null,而value则可以有多个为null)。但是如果在Hashtable中有类似put(null,null)的操作,编译同样可以通过,因为key和value都是Object类型,但运行时会抛出NullPointerException异常,这是JDK的规范规定的。我们来看下ContainsKey方法和ContainsValue的源码:
// 判断Hashtable是否包含“值(value)”
public synchronized boolean contains(Object value) {
//注意,Hashtable中的value不能是null,
// 若是null的话,抛出异常!
if (value =https://www.it610.com/article/= null) {
throw new NullPointerException();
}// 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)
// 对于每个Entry(单向链表),逐个遍历,判断节点的值是否等于value
Entry tab[] = table;
for (int i = tab.length ;
i--> 0 ;
) {
for (Entry 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);
} // 判断Hashtable是否包含key
public synchronized boolean containsKey(Object key) {
Entry tab[] = table;
/计算hash值,直接用key的hashCode代替
int hash = key.hashCode();
// 计算在数组中的索引值
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key对应的Entry(链表)”,然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素
for (Entry e = tab[index] ;
e != null ;
e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return true;
}
}
return false;
}
很明显,如果value为null,会直接抛出NullPointerException异常,但源码中并没有对key是否为null判断,有点小不解!不过NullPointerException属于RuntimeException异常,是可以由JVM自动抛出的,也许对key的值在JVM中有所限制吧。
4. Hashtable扩容时,将容量变为原来的2倍加1,而HashMap扩容时,将容量变为原来的2倍。
5. Hashtable计算hash值,直接用key的hashCode(),而HashMap重新计算了key的hash值,Hashtable在求hash值对应的位置索引时,用取模运算,而HashMap在求位置索引时,则用与运算,且这里一般先用hash&0x7FFFFFFF后,再对length取模,&0x7FFFFFFF的目的是为了将负的hash值转化为正值,因为hash值有可能为负数,而&0x7FFFFFFF后,只有符号外改变,而后面的位都不变。
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