Java面试必备问题:HashTable和HashMap的区别

r囧r小猫 2022-01-31 11:11 173阅读 1赞

# 一、HashMap简介 #

HashMap是基于哈希表实现的，每一个元素是一个key-value对，其内部通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）时，同样会自动增长。

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 实现了Serializable接口，因此它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆。

HashMap存数据的过程是：

HashMap内部维护了一个存储数据的Entry数组，HashMap采用链表解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表。当准备添加一个key-value对时，首先通过hash(key)方法计算hash值，然后通过indexFor(hash,length)求该key-value对的存储位置，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中key和value都允许为null。key为null的键值对永远都放在以table\[0\]为头结点的链表中。

了解了数据的存储，那么数据的读取也就很容易就明白了。

HashMap的存储结构，如下图所示：

![20160601152725122][]

图中，紫色部分即代表哈希表，也称为哈希数组，数组的每个元素都是一个单链表的头节点，链表是用来解决冲突的，如果不同的key映射到了数组的同一位置处，就将其放入单链表中。

HashMap内存储数据的Entry数组默认是16，如果没有对Entry扩容机制的话，当存储的数据一多，Entry内部的链表会很长，这就失去了HashMap的存储意义了。所以HasnMap内部有自己的扩容机制。HashMap内部有：

变量size，它记录HashMap的底层数组中已用槽的数量；

变量threshold，它是HashMap的阈值，用于判断是否需要调整HashMap的容量（threshold = 容量\*加载因子）

变量DEFAULT\_LOAD\_FACTOR = 0.75f，默认加载因子为0.75

HashMap扩容的条件是：当size大于threshold时，对HashMap进行扩容

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。

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）。

下面说下加载因子，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。

另外，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

对HashMap想进一步深入了解的朋友推荐看一下[HashMap源码剖析][HashMap]：http://blog.csdn.net/ns\_code/article/details/36034955

# 二、Hashtable简介 #

Hashtable同样是基于哈希表实现的，同样每个元素是一个key-value对，其内部也是通过单链表解决冲突问题，容量不足（超过了阀值）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和HashMap比较相似，感兴趣的朋友可以看“[Hashtable源码剖析][HashMap]”这篇博客：[http://blog.csdn.net/ns\_code/article/details/36191279][http_blog.csdn.net_ns_code_article_details_36191279]

下面主要介绍一下HashTable和HashMap区别

# 三、HashTable和HashMap区别 #

##       1、继承的父类不同 ##

Hashtable继承自Dictionary类，而HashMap继承自AbstractMap类。但二者都实现了Map接口。

##       2、线程安全性不同 ##

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。

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。（结构上的修改是指添加或删除一个或多个映射关系的任何操作；仅改变与实例已经包含的键关联的值不是结构上的修改。）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(...));

Hashtable 线程安全很好理解，因为它每个方法中都加入了Synchronize。这里我们分析一下HashMap为什么是线程不安全的：

HashMap底层是一个Entry数组，当发生hash冲突的时候，hashmap是采用链表的方式来解决的，在对应的数组位置存放链表的头结点。对链表而言，新加入的节点会从头结点加入。

我们来分析一下多线程访问：

（1）在hashmap做put操作的时候会调用下面方法：

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // 新增Entry。将“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。      
2.      void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) \{      
3.          // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中      
4.          Entry<K,V> e = table\[bucketIndex\];      
5.          // 设置“bucketIndex”位置的元素为“新Entry”，      
6.          // 设置“e”为“新Entry的下一个节点”      
7.          table\[bucketIndex\] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);      
8.          // 若HashMap的实际大小 不小于 “阈值”，则调整HashMap的大小      
9.          if (size++ >= threshold)      
10.             resize(2 \* table.length);      
11.     \}

在hashmap做put操作的时候会调用到以上的方法。现在假如A线程和B线程同时对同一个数组位置调用addEntry，两个线程会同时得到现在的头结点，然后A写入新的头结点之后，B也写入新的头结点，那B的写入操作就会覆盖A的写入操作造成A的写入操作丢失

（      2）删除键值对的代码

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  <span style="font-size: 18px;">      </span>// 删除“键为key”的元素      
2.      final Entry<K,V> removeEntryForKey(Object key) \{      
3.          // 获取哈希值。若key为null，则哈希值为0；否则调用hash()进行计算      
4.          int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());      
5.          int i = indexFor(hash, table.length);      
6.          Entry<K,V> prev = table\[i\];      
7.          Entry<K,V> e = prev;      
8.       
9.          // 删除链表中“键为key”的元素      
10.         // 本质是“删除单向链表中的节点”      
11.         while (e != null) \{      
12.             Entry<K,V> next = e.next;      
13.             Object k;      
14.             if (e.hash == hash &&      
15.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k)))) \{      
16.                 modCount++;      
17.                 size--;      
18.                 if (prev == e)      
19.                     table\[i\] = next;      
20.                 else     
21.                     prev.next = next;      
22.                 e.recordRemoval(this);      
23.                 return e;      
24.             \}      
25.             prev = e;      
26.             e = next;      
27.         \}      
28.      
29.         return e;      
30.     \}

当多个线程同时操作同一个数组位置的时候，也都会先取得现在状态下该位置存储的头结点，然后各自去进行计算操作，之后再把结果写会到该数组位置去，其实写回的时候可能其他的线程已经就把这个位置给修改过了，就会覆盖其他线程的修改

（3）addEntry中当加入新的键值对后键值对总数量超过门限值的时候会调用一个resize操作，代码如下：

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // 重新调整HashMap的大小，newCapacity是调整后的容量      
2.      void resize(int newCapacity) \{      
3.          Entry\[\] oldTable = table;      
4.          int oldCapacity = oldTable.length;     
5.          //如果就容量已经达到了最大值，则不能再扩容，直接返回    
6.          if (oldCapacity == MAXIMUM\_CAPACITY) \{      
7.              threshold = Integer.MAX\_VALUE;      
8.              return;      
9.          \}      
10.      
11.         // 新建一个HashMap，将“旧HashMap”的全部元素添加到“新HashMap”中，      
12.         // 然后，将“新HashMap”赋值给“旧HashMap”。      
13.         Entry\[\] newTable = new Entry\[newCapacity\];      
14.         transfer(newTable);      
15.         table = newTable;      
16.         threshold = (int)(newCapacity \* loadFactor);      
17.     \}

这个操作会新生成一个新的容量的数组，然后对原数组的所有键值对重新进行计算和写入新的数组，之后指向新生成的数组。

当多个线程同时检测到总数量超过门限值的时候就会同时调用resize操作，各自生成新的数组并rehash后赋给该map底层的数组table，结果最终只有最后一个线程生成的新数组被赋给table变量，其他线程的均会丢失。而且当某些线程已经完成赋值而其他线程刚开始的时候，就会用已经被赋值的table作为原始数组，这样也会有问题。

##       3、是否提供contains方法 ##

HashMap把Hashtable的contains方法去掉了，改成containsValue和containsKey，因为contains方法容易让人引起误解。

Hashtable则保留了contains，containsValue和containsKey三个方法，其中contains和containsValue功能相同。

我们看一下Hashtable的ContainsKey方法和ContainsValue的源码：

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  public boolean containsValue(Object value) \{      
2.       return contains(value);      
3.   \}

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // 判断Hashtable是否包含“值(value)”      
2.   public synchronized boolean contains(Object value) \{      
3.       //注意，Hashtable中的value不能是null，      
4.       // 若是null的话，抛出异常!      
5.       if (value == null) \{      
6.           throw new NullPointerException();      
7.       \}      
8.      
9.       // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)      
10.      // 对于每个Entry(单向链表)，逐个遍历，判断节点的值是否等于value      
11.      Entry tab\[\] = table;      
12.      for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) \{      
13.          for (Entry<K,V> e = tab\[i\] ; e != null ; e = e.next) \{      
14.              if (e.value.equals(value)) \{      
15.                  return true;      
16.              \}      
17.          \}      
18.      \}      
19.      return false;      
20.  \}

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // 判断Hashtable是否包含key      
2.   public synchronized boolean containsKey(Object key) \{      
3.       Entry tab\[\] = table;      
4.  /计算hash值，直接用key的hashCode代替    
5.       int hash = key.hashCode();        
6.       // 计算在数组中的索引值     
7.       int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;      
8.       // 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      
9.       for (Entry<K,V> e = tab\[index\] ; e != null ; e = e.next) \{      
10.          if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) \{      
11.              return true;      
12.          \}      
13.      \}      
14.      return false;      
15.  \}

下面我们看一下HashMap的ContainsKey方法和ContainsValue的源码：

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // HashMap是否包含key      
2.      public boolean containsKey(Object key) \{      
3.          return getEntry(key) != null;      
4.      \}

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // 返回“键为key”的键值对      
2.      final Entry<K,V> getEntry(Object key) \{      
3.          // 获取哈希值      
4.          // HashMap将“key为null”的元素存储在table\[0\]位置，“key不为null”的则调用hash()计算哈希值      
5.          int hash = (key == null) ? 0 : hash(key.hashCode());      
6.          // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素      
7.          for (Entry<K,V> e = table\[indexFor(hash, table.length)\];      
8.               e != null;      
9.               e = e.next) \{      
10.             Object k;      
11.             if (e.hash == hash &&      
12.                 ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))      
13.                 return e;      
14.         \}      
15.         return null;      
16.     \}

\[java\] [view plain][] [copy][view plain]

1.  // 是否包含“值为value”的元素      
2.      public boolean containsValue(Object value) \{      
3.      // 若“value为null”，则调用containsNullValue()查找      
4.      if (value == null)      
5.              return containsNullValue();      
6.       
7.      // 若“value不为null”，则查找HashMap中是否有值为value的节点。      
8.      Entry\[\] tab = table;      
9.          for (int i = 0; i < tab.length ; i++)      
10.             for (Entry e = tab\[i\] ; e != null ; e = e.next)      
11.                 if (value.equals(e.value))      
12.                     return true;      
13.     return false;      
14.     \}

通过上面源码的比较，我们可以得到第四个不同的地方

##       4、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。

通过上面的ContainsKey方法和ContainsValue的源码我们可以很明显的看出：

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。

##       5、两个遍历方式的内部实现上不同 ##

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

##       6、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。

##       7、内部实现使用的数组初始化和扩容方式不同 ##

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。

Hashtable和HashMap它们两个内部实现方式的数组的初始大小和扩容的方式。HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 old\*2+1。

[20160601152725122]: /images/20220131/68d3539d776e45ed928c12007ee62c82.png
[HashMap]: http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/36034955
[http_blog.csdn.net_ns_code_article_details_36191279]: http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/36191279
[Collections.synchronizedMap]: http://write.blog.csdn.net/postedit/51556314#synchronizedMap%28java.util.Map%29
[view plain]: http://blog.csdn.net/gjnm820/article/details/51556314?ref=myread#