夜深了,快睡吧-HashMap和HashTable

首先,今天主要说说hashMap和hashTable的使用和不同,至于还有个ConcurrentHashMap,明晚再说吧...|

大家总是对map来说比较熟一点,那就先说map再说table把

HashMap

基本使用

public class MyTest {

    public static void main(String[] args){

        HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<String, String>();
        hashMap.put("cn", "中国");
        hashMap.put("jp", "日本");
        hashMap.put("fr", "法国");
        hashMap.put("cn", "中国2号");
        System.out.println(hashMap);
        System.out.println("****");
        System.out.println("cn:" + hashMap.get("cn"));
        System.out.println(hashMap.containsKey("cn"));

        System.out.println(hashMap.keySet());
        System.out.println(hashMap.isEmpty());

        hashMap.remove("cn");
        System.out.println(hashMap);
        //采用Iterator遍历HashMa
        Iterator it = hashMap.keySet().iterator();
        while(it.hasNext()) {
            String key = (String)it.next();
            System.out.println("key:" + key);
            System.out.println("value:" + hashMap.get(key));
        }

        //遍历HashMap的另一个方法
        Set<Map.Entry<String, String>> sets = hashMap.entrySet();
        for(Map.Entry<String, String> entry : sets) {
            System.out.print(entry.getKey() + ", ");
            System.out.println(entry.getValue());
        }
    }
}

运行结果

{jp=日本, cn=中国2号, fr=法国}
****
cn:中国2号
true
[jp, cn, fr]
false
{jp=日本, fr=法国}
key:jp
value:日本
key:fr
value:法国
jp, 日本
fr, 法国
hashMap 总结
  • hashMap是以键值对存储的(并不是里面有很短键值对),hashMap内部维护一个entry数组,每一个entry是由key-value组成的单向链表构成的(单向链表可解决冲突);
  • hashMap是非线程安全的,如果想多线程使用,请使用util.concurrenr包下的concurrentHashMap
  • hashMap内部维护一个entry数组,hashMap采用链表解决冲突,每个entry是一个链表,当准备添加一个key-value时,首先通过hash(key)计算出hash值,然后通过indexFor(hash,lenght)求出key-value的储存位置,(计算方法是先用hash&0x7FFFFFFF后,再对length取模,这就保证每一个key-value对都能存入HashMap中,当计算出的位置相同时,由于存入位置是一个链表,则把这个key-value对插入链表头)
  • hashMap内部储存数据的entry数组默认是16(如果储存的k-v多的话,链表就会很长,所以肯定会有自己的扩容机制)
  • 变量 size(hashMap底层数组中已用槽的个数)
  • 变量 threshold(hashMap的阀值 threshold = 容量*加载因子)
  • 变量 DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f,默认加载因子为0.75
  • hashMap 的扩容条件:当size > threshold时,则hashMap开始扩容
  • 扩容是是新建了一个HashMap的底层数组,而后调用transfer方法,将就HashMap的全部元素添加到新的HashMap中(要重新计算元素在新的数组中的索引位置)。 很明显,扩容是一个相当耗时的操作,因为它需要重新计算这些元素在新的数组中的位置并进行复制处理。因此,我们在用HashMap的时,最好能提前预估下HashMap中元素的个数,这样有助于提高HashMap的性能。
  • 插入元素后才判断该不该扩容,有可能无效扩容(插入后如果扩容,如果没有再次插入,就会产生无效扩容)
  • HashMap共有四个构造方法。构造方法中提到了两个很重要的参数:初始容量和加载因子。这两个参数是影响HashMap性能的重要参数,其中容量表示哈希表中槽的数量(即哈希数组的长度),初始容量是创建哈希表时的容量(从构造函数中可以看出,如果不指明,则默认为16),加载因子是哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一种尺度,当哈希表中的条目数超出了加载因子与当前容量的乘积时,则要对该哈希表进行 resize 操作(即扩容)
  • 如果加载因子越大,对空间的利用更充分,但是查找效率会降低(链表长度会越来越长);如果加载因子太小,那么表中的数据将过于稀疏(很多空间还没用,就开始扩容了),对空间造成严重浪费。如果我们在构造方法中不指定,则系统默认加载因子为0.75,这是一个比较理想的值,一般情况下我们是无需修改的
  • 无论我们指定的容量为多少,构造方法都会将实际容量设为不小于指定容量的2的次方的一个数,且最大值不能超过2的30次方

HashTable

基本使用

private static void initHashTable() {
        Hashtable<String, String> table = new Hashtable<String, String>();

        //[1]添加元素
        table.put("cn", "中国");
        table.put("jp", "日本");
        table.put("fr", "法国");
        table.put("cn", "中国2号");
        //[2]toString()方式打印
        System.out.println(table.toString());
        //都可以 
        System.out.println(table);
        //[3]Iterator遍历方式1--键值对遍历entrySet()
        Iterator<Map.Entry<String, String>> iter = table.entrySet().iterator();
        while(iter.hasNext()){
            Map.Entry<String, String> entry = (Map.Entry<String, String>)iter.next();
            String key = entry.getKey();
            String value = entry.getValue();
            System.out.println("entrySet:"+key+" "+value);
        }

        System.out.println("====================================");

        //[4]Iterator遍历方式2--key键的遍历
        Iterator<String> iterator = table.keySet().iterator();
        while(iterator.hasNext()){
            String key = (String)iterator.next();
            String value = table.get(key);
            System.out.println("keySet:"+key+" "+value);
        }

        System.out.println("====================================");

        //[5]通过Enumeration来遍历Hashtable
        Enumeration<String> enu = table.keys();
        while(enu.hasMoreElements()) {
            System.out.println("Enumeration:"+table.keys()+" "+enu.nextElement());
        }
    }

运行结构

{jp=日本, fr=法国, cn=中国2号}
{jp=日本, fr=法国, cn=中国2号}
entrySet:jp 日本
entrySet:fr 法国
entrySet:cn 中国2号
====================================
keySet:jp 日本
keySet:fr 法国
keySet:cn 中国2号
====================================
Enumeration:java.util.Hashtable$Enumerator@4554617c jp
Enumeration:java.util.Hashtable$Enumerator@74a14482 fr
Enumeration:java.util.Hashtable$Enumerator@1540e19d cn

两者的不同

1、作者不同
  • hashmap:
* @author  Doug Lea
 * @author  Josh Bloch
 * @author  Arthur van Hoff
 * @author  Neal Gafter
  • hashtbale
 * @author  Arthur van Hoff
 * @author  Josh Bloch
 * @author  Neal Gafter

总结:map比table多了一个人,而dl也是util.concurrent包的作者

2、产生时间

hashmap产生于jdk1.2
hashTable产生于jdk1.0

3、继承的父类不同
  • hashTable
public class Hashtable<K,V>
         extends Dictionary<K,V>
         implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {

备注:Dictionary类是一个已经被废弃的类(见其源码中的注释)。父类都被废弃,自然而然也没人用它的子类Hashtable了。

  • NOTE: This class is obsolete. New implementations should
  • implement the Map interface, rather than extending this class.
  • hashMap
public class HashMap<K,V> 
          extends AbstractMap<K,V>
          implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
4、对外接口不同

Hashtable比HashMap多提供了elments() 和contains() 两个方法。
elments() 方法继承自Hashtable的父类Dictionnary。elements() 方法用于返回此Hashtable中的value的枚举。

   * @see     #keys()
     * @see     #values()
     * @see     Map
     */
    public synchronized Enumeration<V> elements() {
        return this.<V>getEnumeration(VALUES);
    }
    /**
     * Tests if some key maps into the specified value in this hashtable.
     * This operation is more expensive than the {@link #containsKey
     * containsKey} method.

contains()方法判断该Hashtable是否包含传入的value。它的作用与containsValue()一致。事实上,contansValue() 就只是调用了一下contains() 方法。

   * @param value value whose presence in this hashtable is to be tested
     * @return <tt>true</tt> if this map maps one or more keys to the
     *         specified value
     * @throws NullPointerException  if the value is <code>null</code>
     * @since 1.2
     */
    public boolean containsValue(Object value) {
        return contains(value);
    }
    /**
     * Tests if the specified object is a key in this hashtable.
     *
     * @param   key   possible key
     * @return  <code>true</code> if and only if the specified object
5、对null key 和 null value 的支持不同

hashTable:

//        table.put(null,"fsdfd");//会报空指针
//        table.put("cdcd",null);//也会报空指针

hashMap:

rivate static void initHashMap() {
        HashMap<String, String> hashMap = new HashMap<String, String>();
        hashMap.put("cn", "中国");
        hashMap.put("jp", "日本");
        hashMap.put("fr", "法国");
        hashMap.put("cn", "中国2号");
        hashMap.put(null,"空");
        hashMap.put("nu",null);
        System.out.println(hashMap);

运行结构

{null=空, jp=日本, nu=null, cn=中国2号, fr=法国}

注意:HashMap中,null可以作为键,这样的键只有一个;可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时,可能是 HashMap中没有该键,也可能使该键所对应的值为null。因此,在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键, 而应该用containsKey()方法来判断。

6、线程安全不同
  • Hashtable是线程安全的,它的每个方法中都加入了Synchronize方法(锁住了整个hashTable)。在多线程并发的环境下,可以直接使用Hashtable,不需要自己为它的方法实现同步,

  • HashMap不是线程安全的,在多线程并发的环境下,可能会产生死锁等问题。具体的原因在下一篇文章中会详细进行分析。使用HashMap时就必须要自己增加同步处理

  • 虽然HashMap不是线程安全的,但是它的效率会比Hashtable要好很多。这样设计是合理的。在我们的日常使用当中,大部分时间是单线程操作的。HashMap把这部分操作解放出来了。当需要多线程操作的时候可以使用线程安全的ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap虽然也是线程安全的,但是它的效率比Hashtable要高好多倍。因为ConcurrentHashMap使用了分段锁,并不对整个数据进行锁定。

7、遍历实现的内部方式不同

Hashtable、HashMap都使用了 Iterator。而由于历史原因,Hashtable还使用了Enumeration的方式 。

HashMap的Iterator是fail-fast迭代器。当有其它线程改变了HashMap的结构(增加,删除,修改元素),将会抛出ConcurrentModificationException。不过,通过Iterator的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为,要看JVM。

JDK8之前的版本中,Hashtable是没有fast-fail机制的。在JDK8及以后的版本中 ,HashTable也是使用fast-fail的, 源码如下:
modCount的使用类似于并发编程中的CAS(Compare and Swap)技术。我们可以看到这个方法中,每次在发生增删改的时候都会出现modCount++的动作。而modcount可以理解为是当前hashtable的状态。每发生一次操作,状态就向前走一步。设置这个状态,主要是由于hashtable等容器类在迭代时,判断数据是否过时时使用的。尽管hashtable采用了原生的同步锁来保护数据安全。但是在出现迭代数据的时候,则无法保证边迭代,边正确操作。于是使用这个值来标记状态。一旦在迭代的过程中状态发生了改变,则会快速抛出一个异常,终止迭代行为。

8、初始容量大小和每次扩充容量大小的不同

Hashtable默认的初始大小为11,之后每次扩充,容量变为原来的2n+1。HashMap默认的初始化大小为16。之后每次扩充,容量变为原来的2倍。

创建时,如果给定了容量初始值,那么Hashtable会直接使用你给定的大小,而HashMap会将其扩充为2的幂次方大小。也就是说Hashtable会尽量使用素数、奇数。而HashMap则总是使用2的幂作为哈希表的大小。

之所以会有这样的不同,是因为Hashtable和HashMap设计时的侧重点不同。Hashtable的侧重点是哈希的结果更加均匀,使得哈希冲突减少。当哈希表的大小为素数时,简单的取模哈希的结果会更加均匀。而HashMap则更加关注hash的计算效率问题。在取模计算时,如果模数是2的幂,那么我们可以直接使用位运算来得到结果,效率要大大高于做除法。HashMap为了加快hash的速度,将哈希表的大小固定为了2的幂。当然这引入了哈希分布不均匀的问题,所以HashMap为解决这问题,又对hash算法做了一些改动。这从而导致了Hashtable和HashMap的计算hash值的方法不同

  • hashMap为什么是2的n次幂?
    HashMap为了存取高效,要尽量较少碰撞,就是要尽量把数据分配均匀,每个链表长度大致相同,这个实现就在把数据存到哪个链表中的算法;
    这个算法实际就是取模,hash%length,计算机中直接求余效率不如位移运算,源码中做了优化hash&(length-1),
    hash%length==hash&(length-1)的前提是length是2的n次方;
    为什么这样能均匀分布减少碰撞呢?2的n次方实际就是1后面n个0,2的n次方-1 实际就是n个1;
    例如长度为9时候,3&(9-1)=0 2&(9-1)=0 ,都在0上,碰撞了;
    例如长度为8时候,3&(8-1)=3 2&(8-1)=2 ,不同位置上,不碰撞;

  • jdk1.8对hashMap做的优化
    这里存在一个问题,即使负载因子和Hash算法设计的再合理,也免不了会出现拉链过长的情况,一旦出现拉链过长,则会严重影响HashMap的性能。于是,在JDK1.8版本中,对数据结构做了进一步的优化,引入了红黑树。而当链表长度太长(默认超过8)时,链表就转换为红黑树,利用红黑树快速增删改查的特点提高HashMap的性能,其中会用到红黑树的插入、删除、查找等算法。
    当插入新元素时,对于红黑树的判断如下:
    判断table[i] 是否为treeNode,即table[i] 是否是红黑树,如果是红黑树,则直接在树中插入键值对,否则转向下面;
    遍历table[i],判断链表长度是否大于8,大于8的话把链表转换为红黑树,在红黑树中执行插入操作,否则进行链表的插入操作;遍历过程中若发现key已经存在直接覆盖value即可;

9、计算hash值的方法不同

为了得到元素的位置,首先需要根据元素的 KEY计算出一个hash值,然后再用这个hash值来计算得到最终的位置。

Hashtable直接使用对象的hashCode。hashCode是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值。然后再使用除留余数发来获得最终的位置。

Hashtable在计算元素的位置时需要进行一次除法运算,而除法运算是比较耗时的。
HashMap为了提高计算效率,将哈希表的大小固定为了2的幂,这样在取模预算时,不需要做除法,只需要做位运算。位运算比除法的效率要高很多。

HashMap的效率虽然提高了,但是hash冲突却也增加了。因为它得出的hash值的低位相同的概率比较高,而计算位运算

为了解决这个问题,HashMap重新根据hashcode计算hash值后,又对hash值做了一些运算来打散数据。使得取得的位置更加分散,从而减少了hash冲突。当然了,为了高效,HashMap只做了一些简单的位处理。从而不至于把使用2 的幂次方带来的效率提升给抵消掉。

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