java集合之HashMap与Hashtable

拼搏现实的明天。 2021-12-10 09:11 371阅读 0赞

# HashMap #

HashMap<K,V> 扩展(extends) AbstractMap<K,V>类和实现（implements）Map<K,V>, Cloneable, Serializable这三个接口。HashMap是基于哈希表实现的映射接口，此实现提供所有可选映射操作，并**允许空值和空键**，且是**不同步**的。 
HashMap是非线程安全的，只是用于单线程环境下，多线程环境下可以采用concurrent并发包下的concurrentHashMap。

#### HashMap非线程安全 ####

**javadoc中关于hashmap的一段描述如下：此实现不是同步的。如果多个线程同时访问一个哈希映射，而其中至少一个线程从结构上修改了该映射，则它必须保持外部同步。**

HashMap中的方法在缺省情况下是非Synchronize的，而Hashtable的方法是Synchronize的。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，但使用HashMap时就必须要自己增加同步处理。这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用[Collections.synchronizedMap][] 方法来“包装”该映射。

HashMap类的所有“collection视图方法”返回的迭代器都是快速失败的:如果在创建迭代器之后对映射进行结构上的修改(**结构上修改：** 添加或删除一个或多个映射的任何操作;仅更改与实例已经包含的键关联的值不是结构修改。)，除了通过迭代器自己的remove方法之外，迭代器将抛出ConcurrentModificationException。

#### 影响性能的因素：初始容量和负载因子 ####

HashMap实例有**两个**影响其性能的参数:**初始容量和负载因子**。容量是哈希表中的桶数，初始容量就是创建哈希表时的容量。负载因子是衡量在哈希表的容量被**自动增加**之前，哈希表被允许获得多少满的度量。**自动增加** ：当哈希表中的条目数超过负载因子和当前容量的乘积时，哈希表将被重新哈希(即重新构建内部数据结构)，这样哈希表的桶数大约是原桶数的两倍。  
**HashMap默认的初始容量是16和负载因子是0.75**。  
在HashMap的构造方法中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

**HashMap类的四个构造方法：**  
构造方法中的两个参数正是：初始容量和加载因子

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th align="center">方法签名</th> 
 <th align="center">构造的HashMap类型</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td align="center">HashMap()</td> 
 <td align="center">构造一个具有默认初始容量(16)和默认负载因子(0.75)的空HashMap。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">HashMap(int initialCapacity)</td> 
 <td align="center">构造一个具有指定初始容量和默认负载因子(0.75)的空HashMap。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)</td> 
 <td align="center">构造一个具有指定初始容量和指定负载因子的空HashMap</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">HashMap(Map&lt;? extends K,? extends V&gt; m)</td> 
 <td align="center">使用与指定映射相同的映射构造新的HashMap。</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### HashMap类实现的方法 ####

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th align="center">修饰符和类型</th> 
 <th align="center">方法签名和方法描述</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td align="center">void</td> 
 <td align="center">clear () 从该映射中删除所有映射。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">object</td> 
 <td align="center">clone() 返回此HashMap实例的浅拷贝:键和值本身没有克隆。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">compute(K key, BiFunction&lt;? super K,? super V,? extends V&gt; remappingFunction) 尝试为指定的键及其当前映射值计算映射(如果没有当前映射，则为null)。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">containsKey(Object key) 如果此映射包含指定键的映射，则返回true。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">containsValue(Object value) 如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回true。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">get(Object key) 返回指定键映射到的值，如果该映射不包含键的映射，则返回null。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">getOrDefault(Object key, V defaultValue) 返回指定键映射到的值，如果此映射不包含键的映射，则返回defaultValue。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">isEmpty() 如果此映射不包含键值映射，则返回true。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">Set</td> 
 <td align="center">keySet() 返回此映射中包含的键的集合视图。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">put(K key, V value) 将指定值与此映射中的指定键关联</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">void</td> 
 <td align="center">putAll(Map&lt;? extends K,? extends V&gt; m) 将指定映射的所有映射复制到此映射。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">putIfAbsent(K key, V value) 如果指定的键尚未与值关联(或映射为null)，则将其与给定值关联并返回null，否则将返回当前值。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">remove(Object key) 如果存在，则从此映射中删除指定键的映射。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">replace(K key, V value) 仅当指定键的项当前映射到某个值时，才替换该项。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">boolean</td> 
 <td align="center">replace(K key, V oldValue, V newValue) 仅当当前映射到指定值时，才替换指定键的项。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">remove(Object key, Object value) 仅当当前映射到指定值时，才删除指定键的项。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*int</td> 
 <td align="center">size() 返回此映射中键值映射的数目。</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

# Hashtable #

Hashtable < K、V > 扩展(extends) ditionary类< K、V > 和实现(implements)Map， Cloneable, Serializable三个接口。 
这个类实现了一个哈希表，它将键映射到值。任何**非空**对象都可以用作键或值。 
要成功地从散列表中存储和检索对象，用作**键的对象必须实现hashCode方法和equals方法。**

**Hashtable默认的初始容量是11和负载因子是0.75**。

从Java 2平台v1.2开始，对该类进行了改进以实现Map接口。与新的集合实现不同，Hashtable是同步的。如果不需要线程安全的实现，建议使用HashMap代替Hashtable。如果需要线程安全的高并发实现，那么建议使用ConcurrentHashMap代替Hashtable。

Hashtable与HashMap大致相同。构造方法只是方法名不同，参数与实现的功能相同。

#### Hashtable类的方法 ####

<table> 
 <thead> 
 <tr> 
 <th align="center">修饰符和类型</th> 
 <th align="center">方法签名和方法描述</th> 
 </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td align="center">void</td> 
 <td align="center">clear () 清除此散列表，使其不包含键</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*Object</td> 
 <td align="center">clone() 创建此散列表的浅拷贝</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">compute(K key, BiFunction&lt;? super K,? super V,? extends V&gt; remappingFunction) 尝试为指定的键及其当前映射值计算映射(如果没有当前映射，则为null)</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">computeIfAbsent(K key, Function&lt;? super K,? extends V&gt; mappingFunction) 如果指定的键尚未与值关联(或映射为null)，则尝试使用给定的映射函数计算其值，并将其输入到此映射中，除非为null</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">computeIfPresent(K key, BiFunction&lt;? super K,? super V,? extends V&gt; remappingFunction) 如果指定键的值为present且非null，则尝试计算给定键及其当前映射值的新映射</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">contains(Object value) 测试某些键是否映射到此散列表中的指定值</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">containsKey(Object key) 测试指定的对象是否是这个散列表中的键</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">containsValue(Object value) 如果此散列表将一个或多个键映射到此值，则返回true</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">Enumeration</td> 
 <td align="center">elements() 返回此散列表中值的枚举</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">equals(Object o) 根据Map接口中的定义，将指定的对象与此映射进行相等性比较</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">get(Object key) 返回指定键映射到的值，如果该映射不包含键的映射，则返回null</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">getOrDefault(Object key, V defaultValue) 返回指定键映射到的值，如果此映射不包含键的映射，则返回defaultValue</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*int</td> 
 <td align="center">hashCode() 根据映射接口中的定义返回此映射的哈希码值</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">isEmpty() 测试这个散列表是否没有将键映射到值</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">put(K key, V value) 将指定的键映射到此散列表中的指定值</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">V</td> 
 <td align="center">putIfAbsent(K key, V value) 如果指定的键尚未与值关联(或映射为null)，则将其与给定值关联并返回null，否则将返回当前值</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*protected void</td> 
 <td align="center">rehash() 增加此散列表的容量并在内部重新组织此散列表，以便更有效地容纳和访问其条目</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">remove(Object key) 从这个散列表中删除键(及其对应的值)</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">remove(Object key, Object value) 仅当当前映射到指定值时，才删除指定键的项</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*V</td> 
 <td align="center">replace(K key, V value) 仅当指定键的项当前映射到某个值时，才替换该。</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*boolean</td> 
 <td align="center">replace(K key, V oldValue, V newValue) 仅当当前映射到指定值时，才替换指定键的项</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">*int</td> 
 <td align="center">size() 返回此散列表中的键数</td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td align="center">String</td> 
 <td align="center">String() 以一组条目的形式返回这个Hashtable对象的字符串表示形式，用大括号括起来，并用ASCII字符“，”(逗号和空格)分隔</td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

# HashMap与Hashtablede的不同 #

#### 1、继承的父类不同 ####

Hashtable继承(extends)ditionary类，HashMap继承(extends) AbstractMap类，但是都实现(implements)Map接口。

#### 2、线程安全性不同 ####

Hashtable 中的方法是Synchronize的，而HashMap中的方法在缺省情况下是非Synchronize的。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，但使用HashMap时就必须要自己增加同步处理。这一般通过对自然封装该映射的对象进行同步操作来完成。如果不存在这样的对象，则应该使用 [Collections.synchronizedMap][] 方法来“包装”该映射。最好在创建时完成这一操作，以防止对映射进行意外的非同步访问，如下所示：

Map m = Collections.synchronizedMap(new HashMap(...));

#### 3、key和value是否允许null值 ####

其中key和value都是对象，并且不能包含重复key，但可以包含重复的value。

Hashtable中，**key和value都不允许**出现null值。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。  
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。

#### 4、hash值不同 ####

哈希值的使用不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值。

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。

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** ：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。

#### 5、内部哈希初始化容量和扩容方式不同 ####

**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。  
**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。

[Collections.synchronizedMap]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/Collections.html#synchronizedMap-java.util.Map-