jdk源码-Map与HashTable

小咪咪 2022-02-17 01:59 251阅读 0赞

## Map ##

map是一个接口，是一个映射着key和value关系的容器，从定义上看，map不能包含重复的key，一个key最多只能映射一个value。map是否有序取决于它的实现类，treeMap是有序的，hashmap是无序的。

对于map不支持的操作，会报`UnsupportedOperationException`。

map接口不会限制key和value是否可以为`null`，不会限制一定用`equals` or `hashCode`判断key是否相等，这都取决于具体的实现类。

map有`get(Object key)`，`put(key, value)`，`replace(key, value)`，`remove(key)`，`entrySet()`，`keySet()`等方法。都是通过key来查找，替换value。

### HashTable ###

Hashtable继承Dictionary，实现Map接口，是一个不推荐使用的Map实现类。Dictionary是1.2推出，用于存键值对的抽象类，已经废弃。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x1bzQxMDU_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
Hashtable的数据结构是数组加链表，它是并发安全的。下面说说它的数据结构与`get(key)`，`put(key, value)`，`remove(key)`，`keySet()`都是如何实现的。

数据结构：`Hashtable`的数据结构实际是数组加链表，即使用数组存储，数组的每个item都是一个链表对象。之所以这么设计的原因是Object采用`(key.hashcode & 0x7FFFFFFF) % tab.length`来定位Object存放下标，但是两个对象的hashCode可能相同，两个不同hashCode& 0x7FFFFFFF也可能相同，取余也可能会相同，对于index相同key，就采用链表的方式去存了。

private transient Entry<?,?>[] table;
    
    private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;
    }

既然hashTable存的是数组，那就肯定要涉及到数组的初始化长度和扩容策略了。hashTable数组默认长度是11，扩容阀值是0.75，每次扩容长度为length\*2+1。即当hashTable中的元素数达到table.length\*阀值(0.75)时，就会触发扩容，它会创建一个新的数组，长度为length\*2+1，并对所有元素进行重新定位。扩容机制发生在put方法，所以put(value)方法效率可能会很慢（发生扩容）。

// hashTable会默认加载一个长度为11的数组
    public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }

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)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    }

put方法：通过`(key.hashcode & 0x7FFFFFFF) % tab.length`来定位数组下标，获下标对于链表，通过`key.equals`判断可以相同的对象，将key，value放入新Entry对象并替换原对象并跳出方法；进入添加元素方法，判断元素长度是否超过阀值，定位到数组index，构造新Entry对象并插入到链表头节点。

插入链表头节点是最简单的操作，`e.next = (Entry<K,V>)newMap[index]; newMap[index] = e;`

public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }
    
        // Makes sure the key is not already in the hashtable.
        Entry<?,?> tab[] = table;
        // key不可为null
        int hash = key.hashCode();
        // 获得一个小于int最大值的数，0x7FFFFFFF int最大值
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }
    
        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        modCount++;
    
        Entry<?,?> tab[] = table;
        if (count >= threshold) {
            // 扩容并重新hash定位
            rehash();
    
            tab = table;
            hash = key.hashCode();
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }
        
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        count++;
    }

protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        Entry<?,?>[] oldMap = table;
    
        // 扩容
        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
            if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
                // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
                return;
            newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
        }
        Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];
    
        modCount++;
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        table = newMap;
    
        for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
            for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
                Entry<K,V> e = old;
                old = old.next;
    
                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
                e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
                newMap[index] = e;
            }
        }
    }

get(key)的实现逻辑是通过hash找到数组index，在遍历index对应的链表，通过equals判读相同的key。

public synchronized V get(Object key) {
        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)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

remove(key)实现也很简单，通过hash找到数组index，在遍历这个链表，找到equals的key，接着把上一个节点的指针指向要删除节点的next，对象赋空。

public synchronized V remove(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        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++;
                if (prev != null) {
                    prev.next = e.next;
                } else {
                    tab[index] = e.next;
                }
                count--;
                V oldValue = e.value;
                e.value = null;
                return oldValue;
            }
        }
        return null;
    }

keySet()是获所有的key，对map进行迭代的一个处理。HashTable的keySet是这么做处理的。HashTable自己显现了一个keySet类，但它只是一个空架子，真正的实现在迭代器方法中，而迭代器返回的是HashTable实现的一个内部类Enumerator。实现和运行逻辑是

private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
        // map的数组
        Entry<?,?>[] table = Hashtable.this.table;
        // 迭代到哪一个下标
        int index = table.length;
        // 目前迭代的对象
        Entry<?,?> entry;
        // 上次返回的对象
        Entry<?,?> lastReturned;
        // 迭代key还是value
        int type;
    
        boolean iterator;
    
        protected int expectedModCount = modCount;
    
        Enumerator(int type, boolean iterator) {
            this.type = type;
            this.iterator = iterator;
        }
    
        //1.判断当前元素是否有next，2.在数组中index到0去遍历，如果都是null，则没有下个元素。
        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;
        }
    
        // 当前返回entry不为空时，直接返回entry，并把entry赋值成next；数组倒叙遍历到不是null的，把这个node赋值给entry，赋值数组下标，返回entry，并把entry赋值成next
        @SuppressWarnings("unchecked")
        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");
        }
    
        public boolean hasNext() {
            return hasMoreElements();
        }
    
        public T next() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            return nextElement();
        }
    }

HashTable是线程安全的，原因是在每个方法前都加上了synchronized，故而它最多支持一个线程操作。

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