万字长文|Hashtable源码深度解析以及与HashMap的区别

Posted 2021-08-28 Java-桃子

基于JDK1.8对Java中的Hashtable集合的源码进行了深度解析，包括各种方法、扩容机制、哈希算法、遍历方法等方法的底层实现，最后给出了Hashtable和HashMap的详细对比以及使用建议。

1 Hashtable的概述

public class Hashtable< K,V > extends Dictionary< K,V > implements Map< K,V >, Cloneable, Serializable

Hashtable是来自于JDK1.0时代的古老key-value形式的集合类。类当中所有的方法都是同步的，数据安全的，效率低。

JDK1.0的时候Hashtable是继承的抽象类Dictionary，JDK1.2集合框架诞生之后，又实现了Map 接口，成为了Java集合体系的一员。

实现了Cloneable、Serializable标志性接口，支持克隆、序列化操作。

由于Map不属于Collection集合体系，没有实现Iterable接口，因此不支持获取迭代器的方法iterator()，或者说Map的集合体系并没有真正的迭代器。但是它们有自己的遍历数据的方法。

Hashtable的底层实际上是采用“拉链法”实现了一个哈希表，即使用一个数组作为哈希表的骨架，每一个数组元素的位置称为“bucket”桶，桶里存放的就是哈希值相同的键值对，如果一个桶里面有多个键值对，那么说明出现了哈希冲突，Hashtable使用“拉链法”解决冲突，每个桶的大小即该位置链表节点数量。Hashtable的key 和 value 都不允许为null。

2 Hashtable的源码解析

2.1 主要类属性

/**
 * 内部Entry[]数组，用来作为哈希表的骨架，数组每一个Entry元素代表了一个链表的头节点，Hashtable内部的哈希表的key-value键值对都是存储在Entry节点中的。
 */
private transient Entry<?, ?>[] table;

/**
 * HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。
 */
private transient int count;

/**
 * Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。当count大于等于threshold时，需要调整容量（尝试扩容）。
 */
private int threshold;

/**
 * 加载因子，是可以大于1的。
 */
private float loadFactor;

/**
 * 用来实现"fail-fast"机制的（也就是快速失败）。
 */
private transient int modCount = 0;

扩容阈值是由出初始容量和加载因子共同决定的，通常threshold=table.length*loadFactor，初始容量和加载因子越大，那么就不需要频繁的“扩容”，初始容量过大可能会浪费更多空间，加载因子越大会增加哈希冲突的风险，导致查找数据的时间过长。默认容量(11)和加载因子(0.75)在时间和空间成本上寻求一种折衷。

关于modCount 的作用和fail-fast机制，早在ArrayLsit集合的源码文章中就已经讲解了，java.util包下的集合的fail-fast机制都是一样的，这里不再赘述，详情可以看这篇文章：Java集合—ArrayList的源码深度解析以及应用介绍。

2.2 Entry节点

Entry实际上就是Hashtable的一个内部类，作为内部存储key和value的容器，还保存key的hashCode值，同时由于Hashtable采用“拉链法”实现哈希表，每一个Entry还作为链表的一个节点，因此内部还有一个到下一个节点的引用属性。

实际上Entry实现了Map.Entry接口，因此Entry内部还实现了相关方法共外部调用。EntrySet()方法返回的set集合的元素May.Entry，实际上就是返回的这个Entry节点的实例，后面会详细讲解！

private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    //哈希值，存储起来方便后续使用，避免重复运算
    final int hash;
    //key
    final K key;
    //value
    V value;
    //下一个相同桶位的节点引用
    Entry<K,V> next;

    protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key =  key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    protected Object clone() {
        return new Entry<>(hash, key, value,
                (next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone()));
    }

    public K getKey() {
        return key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }

    public V setValue(V value) {
        if (value == null)
            throw new NullPointerException();

        V oldValue = this.value;
        this.value = value;
        return oldValue;
    }

    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 ^ Objects.hashCode(value);
    }

    public String toString() {
        return key.toString()+"="+value.toString();
    }
}

据此，我们能够画出Hashtable的大概数据结构图：

 

2.3 构造器与初始化参数

2.3.1 Hashtable()

public Hashtable()

构造一个新的，空的散列表，默认初始容量（11）和加载因子（0.75）。

public Hashtable() {
    //内部调用另外一个构造器，初始容量11，加载因子0.75
    this(11, 0.75f);
}

2.3.2 Hashtable(int initialCapacity)

public Hashtable(int initialCapacity)

用指定初始容量和默认的加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。

public Hashtable(int initialCapacity) {
    //内部调用另外一个构造器，用指定初始容量和默认的加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。
    this(initialCapacity, 0.75f);
}

2.3.3 Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor)

public Hashtable(int initialCapacity,float loadFactor)

用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。加载因子可以大于1，但是很明显，加载因子越大，发生哈希冲突的概率也越大！

这里的initialCapacity也没有要求是2的幂次方，但是HashMap 中初始化容量大小必须是 2 的幂次方。

/**
 * 建议数组最大容量，因为某些VM实现可能需要部分长度用来存放数组头部信息
 * 但是在HotSopt的虚拟机中，数组长度是可以超过这个限制的，可以达到Integer.MAX_VALUE – 2的长度
 * 并且在上面的源码中能够看到,我们分配的initialCapacity完全可以大于MAX_ARRAY_SIZE
 */
private static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
    //初始容量检测
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: " +
                initialCapacity);
    //加载因子检测
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: " + loadFactor);
    //如果初始容量为0，则变成1
    if (initialCapacity == 0)
        initialCapacity = 1;
    this.loadFactor = loadFactor;
    //创建数组
    table = new Entry<?, ?>[initialCapacity];
    //计算扩容阈值,取initialCapacity * loadFactor和MAX_ARRAY_SIZE + 1的最小值
    threshold = (int) Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}

2.3.4 Hashtable(Map<? extends K,? extends V> t)

public Hashtable(Map<? extends K,? extends V> t)

构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。该哈希表是用足以容纳给定 Map 中映射关系的初始容量和默认的加载因子（0.75）创建的。

public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
    //首先初始化hashtable
    this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
    //底层调用putAll方法
    putAll(t);
}

2.4 put方法与扩容机制

public synchronized V put(K key, V value)

将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。如果key或value为 null，则抛出NullPointerException。

put方法的源码量比较多，并且是Hashtable中比较关键的一部分，但是并不难理解！我们分成三部分来讲解：put、addEntry、rehash。

2.4.1 put

开放给外部调用的put方法主要可以分为4步：

1. 通过hash算法计算新键值对的位置；
2. 判断该位置是否存在元素，以及是否存在key相同的元素；
3. 如果存在，并且找到相同的key，那么替换value，返回旧值，方法结束；
4. 如果不存在元素，或者没有找到相同的key，那么调用addEntry方法添加新元素节点，返回null，方法结束。

/**
 * 开放给外部调用的添加节点的方法，主要分4步：
 * 1、通过hash算法计算新键值对的位置
 * 2、判断该位置是否存在元素，以及是否存在key相同的元素
 * 3、如果存在，并且找到相同的key，那么替换value，返回旧值，方法结束
 * 4、如果不存在元素，或者没有找到相同的key，那么添加新元素节点，返回null，方法结束
 *
 * @param key   键
 * @param value 值
 * @return 旧值
 */
public synchronized V put(K key, V value) {
    /*1 通过hash算法计算新键值对所在位置*/
    // 确保value不为null
    if (value == null) {
        throw new NullPointerException();
    }
    //获取table数组
    Entry<?, ?> tab[] = table;
    /*Hashtable的hash算法*/
    //获取key的hash值，该方法就是Object中的方法,key也可以重写该方法，
    int hash = key.hashCode();
    //通过hash值进行相应的计算，确定key-value在table[]中存储的索引位置
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    //获取数组在该索引位置的元素entry
    Entry<K, V> entry = (Entry<K, V>) tab[index];
    /*2 判断该位置是否存在元素，以及是否存在key相同的元素
    如果entry不为null,则说明有元素，并且可能不只有一个元素*/
    //那么迭代index索引位置的链表，如果该位置处的链表中存在一个一样的key，则替换其value，返回旧值
    for (; entry != null; entry = entry.next) {
        //判断key相等的方案法，首先要求两个key的hashCode()方法返回的hash值相等，然后要求两个key的equals方法返回true。
        if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
            //如果相等则替换旧的value并返回
            V old = entry.value;
            entry.value = value;
            return old;
        }
    }
    //走到这一步,说明两种情况，一种是entry为null；另一种是entry不为null，但是并没有找到相同的key
    //此时说明需要添加节点,调用addEntry方法
    addEntry(hash, key, value, index);
    //旧值返回null
    return null;
}

下面是关键源码分析：

首先是hashtable的哈希算法 ，从上面的源码中我们知道，Hashtable的hash算法是：

(hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

其中hash就是key的hashCode方法的返回值，0x7FFFFFFF表示最大的int类型的数据，即2147483647，它的二进制表示就是除了首位符号位是 0，其余都是1。

由于hashCode方法返回的hash是int类型的整数，并可正可负，因此首先进行的hash & 0x7FFFFFFF的目的是将hash转换为一定是大于等于0的整数。

然后再对底层数组的长度取余，我们知道余数一定会比除数更小，一个大于等于0的被除数除以一个正整数的余数的范围一定是[0, 除数)之间的，即[0, tab.length-1]。

通过该hash算法计算出来的桶位置刚好能够覆盖整个数组的全部索引值，并且不会超出它的范围！

我们还能知道，由于最终桶位置是通过求余“%”计算出来的，那么如果被除数为奇数，即数组容量为奇数，此时求得的余数将会更加均匀（hash函数为什么要选择对奇数求余？），这也是后面的扩容算法(oldCapacity << 1) + 1的由来，加1之后新容量将变成奇数，但是，hashtable并没有强制保证容量一定是是质数，因为可以通过构造器方式设置容量，这可能是HashTable已经不被sun公司推荐使用了。

然后是判断重复key，这里的判断方法是：

(entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)

即用了两步，首先判断两个key的hashCode的值是否相等，然后判断两个key的equals方法是否返回true！

最后如果不存在元素，或者没有找到相同的key，那么调用addEntry方法添加新元素节点，返回null，方法结束。

下面来看addEntry方法源码！

2.4.2 addEntry

添加新元素节点的方法addEntry又可以分为3步：

1. 判断是否需要扩容；
2. 如果需要扩容，那么调用rehash方法扩容，并且重新计算新key在新数组的位置；
3. 采用头插法，插入节点，方法结束；

/**
 * 内部添加新节点的方法，主要分3步
 * 1、判断是否需要扩容；
 * 2、如果需要扩容，那么rehash()进行扩容，并且重新计算新key在行数组的位置；
 * 3、采用头插法，插入节点；
 *
 * @param hash  hashcode方法获取到的key的hash值
 * @param key   键
 * @param value 值
 * @param index Hashtable的hash算法计算出来的键值对存放的位置
 */
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
    //哈希表结构改变次数自增1，该值只与"fail-fast"机制有关
    modCount++;
    Entry<?, ?> tab[] = table;
    /*1 如果节点数量大于等于扩容阈值，此时开始扩容*/
    if (count >= threshold) {
        /*2 对于底层数组进行扩容以及内部的元素重新通过hash算法计算在新数组中的位置并移动到新数组中*/
        rehash();
        /*对于需要新增的k-v,同样要重新计算在新数组中的位置*/
        tab = table;
        hash = key.hashCode();
        index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    }
    /*3 创建新的entry节点，添加到链表头部，使之成为新的头节点，即"头插法"*/
    //获取数组索引处的节点,该节点实际上就是链表的头节点
    Entry<K, V> e = (Entry<K, V>) tab[index];
    //新建entry节点,next指向原来的该位置的头节点,新节点放入数组在该索引的位置中,成为新节点。
    tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    //节点数量自增1
    count++;
}
复制代码

下面是关键源码分析：

首先是判断是否需要扩容的源码：

count >= threshold

这也就是threshold被称为扩容阈值的来源，元素数量大于等于该值就需要扩容。

然后使用rehash()方法扩容，之后注意，由于经过了扩容，数组长度可能发生了变化，那么还需要重新计算新节点的插入位置！

最后就是插入新节点，这里采用的“头插法”。所谓的“头插法”很简单，实际上就是将新点作为链表的头节点插入，在Haashtable里表示为：新节点存入数组对应索引位置，原索引位置的节点成为新节点的next节点！使用头插法主要是考虑到新插入的数据，更可能作为热点数据被使用，放在头部可以减少查找时间。

在JDK1.8之前的HashMap也是采用“头插法”插入元素节点，但是在JDK1.8时，改为“尾插法”，因为头插法在多线程操作时可能形成环形链表造成死循环，具体原理在Hashmap原理的文章中会有讲解，但是由于Hashtable是线程安全的，因此不需要改动！

下面单独来看看rehash()扩容方法！

2.4.3 rehash

扩容的方法rehash又可以分为2步：

1. 数组扩容，即尝试建立一个更大的数组；
2. 如果扩容成功，那么循环遍历旧的数组，转移节点到新数组，方法结束；

/**
 * 内部数组扩容方法以及数据转移机制，主要分两步：
 * 1、数组扩容
 * 2、循环遍历旧的数组，转移节点
 */
protected void rehash() {
    /*1 数组扩容*/
    //获取旧的容量
    int oldCapacity = table.length;
    //获取旧的数组引用
    Entry<?, ?>[] oldMap = table;
    //新的容量为 老的容量左移一位之后再加一,即oldCapacity*2+1
    int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
    //如果新容量减去MAX_ARRAY_SIZE大于0，这里要注意：新容量并不一定大于MAX_ARRAY_SIZE，也可能是负数
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
        //如果老的容量等于MAX_ARRAY_SIZE
        if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
            // 那么继续使用老的容量继续运行，扩容结束，即达到了数组的最大容量，不再继续扩容了
            return;
        //否则新容量直接等于MAX_ARRAY_SIZE
        newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    //新建新容量的数组
    Entry<?, ?>[] newMap = new Entry<?, ?>[newCapacity];
    //数组结构改变次数加1
    modCount++;
    //计算新的扩容阈值
    threshold = (int) Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    //table指向新的数组
    table = newMap;

    /*2 循环遍历旧数组，进行旧的数组元素节点的转移*/
    for (int i = oldCapacity; i-- > 0; ) {
        //循环每一个数组节点处的链表，进行节点转移操作
        for (Entry<K, V> old = (Entry<K, V>) oldMap[i]; old != null; ) {
            //获取索引处的一个old节点，使用e来保存，第一次获取的e就是该索引处的链表的头节点
            Entry<K, V> e = old;
            //获取old节点的下一个节点
            old = old.next;
            //计算老节点e在新数组中的索引位置
            int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
            /*下面两步，也是头插法的方式插入元素*/
            //该节点的的下一个节点指向新数组的位置的头节点
            e.next = (Entry<K, V>) newMap[index];
            //新数组的头节点指向该节点
            newMap[index] = e;
        }
    }
}

下面是关键源码分析：

首先是尝试扩容的源码：

int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;

上面的代码用于计算新容量，新的容量为老的容量左移一位之后再加一，这里的<<是3运算符,能加快运算速度，用十进制表示即：newCapacity=oldCapacity*2+1，关键是下面一段代码：

if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0)

这段代码用于判断是否“真的能够扩容以及是否需要重新分配新最大容量”，由于计算机的二进制运算法则，如果原本oldCapacity比较大，那么新的容量可能会小于0，从而导致意想不到的情况。

关于计算机二进制计算的坑可以看前面ArrayLsit的分析以及这篇文章：计算机进制转换详解以及Java的二进制的运算方法，在此不多赘述。

因此尝试扩容时，由于构造器中我们可以随意设置初始容量，那么根据oldCapacity的大小，可以分为三种情况：

1. oldCapacity 位于[1, Integer.MAX_VALUE /2-4]
   1. 新容量newCapacity将为正数，同时if中的判断将为假。那么此时不会进入if代码块中，后续可以正常创建新数组进行扩容。 有趣的是，如果oldCapacity是Integer.MAX_VALUE /2-4，那么newCapacity正好是MAX_ARRAY_SIZE，if语句中计算的值正好为0。
2. oldCapacity 位于[Integer.MAX_VALUE /2-3, Integer.MAX_VALUE -5]
   1. 由于计算机二进制计算的法则，新容量newCapacity可能为正也可能为负，但是if中的判断将一定为真。那么此时会进入if代码块中：如果oldCapacity等于MAX_ARRAY_SIZE，那么不进行扩容；否则新容量newCapacity等于MAX_ARRAY_SIZE，这么看起来，有可能是缩容而不是扩容（当oldCapacity大于MAX_ARRAY_SIZE的时候，新容量等于MAX_ARRAY_SIZE，即缩小了容量）。 如果初始容量设置为Integer.MAX_VALUE - 5，那么在扩容时，newCapacity计算的结果为-11，并且-11 - MAX_ARRAY_SIZE等于2147483646，大于0，此时将会以MAX_ARRAY_SIZE为容量建立数组，我们知道MAX_ARRAY_SIZE（Integer.MAX_VALUE - 8）是小于Integer.MAX_VALUE – 5的，这就是“缩容”的由来！
3. oldCapacity位于[Integer.MAX_VALUE -4, Integer.MAX_VALUE]
   1. 新容量newCapacity还是负数，并且if中的判断将为假。那么此时不会进入if代码块中，后续创建新数组进行扩容时将会抛出异常! 如果初始容量设置为Integer.MAX_VALUE -4，那么在扩容时，newCapacity计算的结果为-9，并且-9 - MAX_ARRAY_SIZE等于-2147483648，小于0，此时将会以-9为容量建立新数组，导致NegativeArraySizeException异常。

然后是数组节点转移的部分：

1. 从旧的数组尾部开始循环每一个桶位中的链表的每一个节点，采用“头插法”转移到新的数组相应的位置上。
2. 这里是从链表头节点开始遍历、转移的，如果原来的链表中的节点在新数组中的位置还是一样，那么新数组中该链表节点的顺序是原链表顺序的倒序！

2.5 putAll方法

public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t)

将指定映射的所有映射关系复制到此哈希表中，这些映射关系将替换此哈希表拥有的、针对当前指定映射中所有键的所有映射关系。如果指定的映射为 null，则抛出NullPointerException。

public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) {
    //内部处理方式非常简单，就是循环遍历参数集合，然后调用put方法一个个的添加节点
    for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet())
        put(e.getKey(), e.getValue());
}

2.6 remove方法

public synchronized V remove(Object key)

从哈希表中移除该键及其相应的值。如果该键不在哈希表中，则此方法不执行任何操作。如果key为 null，则抛出NullPointerException。

remove方法比较简单，就是首先计算出key的桶位置，然后循环该位置的链表，找出相同key的节点，移除该节点并返回value，没找到就返回null。

public synchronized V remove(Object key) {
    Entry<?, ?> tab[] = table;
    //根据key定位到桶位置
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    //获取该位置的链表头节点
    Entry<K, V> e = (Entry<K, V>) tab[index];
    //循环链表，查找key相同的节点，判断是否相同是通过key的hashcode和equals方法一起比较得出来的结果
    //使用prev来保存e的前驱
    for (Entry<K, V> prev = null; e != null; prev = e, e = e.next) {
        /*如果key相同,那么就算找到了*/
        if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
            modCount++;
            //如果前驱不为null
            if (prev != null) {
                //那么前驱的next节点指向e的next节点,删除e节点
                prev.next = e.next;
            } else {
                //否则,e.next节点作为头节点,删除e节点
                tab[index] = e.next;
            }
            //节点数量减少1
            count--;
            //返回e节点的value
            V oldValue = e.value;
            //value置空,助于GC回收
            e.value = null;
            return oldValue;
        }
    }
    //但这一步说明没找到相同的key，返回null
    return null;
}

2.7 get方法

public synchronized V get(Object key)

返回指定键所映射到的值，如果此映射不包含此键的映射，则返回 null。如果key为 null，则抛出NullPointerException。

get方法就更加简单了，处理过程就是计算key的hash值，判断在table数组中的索引位置，然后迭代链表，匹配直到找到相等的key返回返回value,若没有找到返回null。

public synchronized V get(Object key) {
    Hashtable.Entry<?,?> tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    for (Hashtable.Entry<?,?> e = tab[index]; e != null ; e = e.next) {
        if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
            return (V)e.value;
        }
    }
    return null;
}

2.8 clear方法

public synchronized void clear()

清空哈希表。循环将数组索引位置置空即可，后续GC将会收集没有引用到的链表。

public synchronized void clear() {
    Entry<?,?> tab[] = table;
    modCount++;
    //循环将数组索引位置置空即可，后续GC将会收集没有引用到的链表
    for (int index = tab.length; --index >= 0; )
        tab[index] = null;
    //count置为0
    count = 0;
}

2.9 遍历的方法

虽然Map体系下面的集合并没有更加高级的迭代器（类似于liisiterator那种可以在迭代器中增删改查数据的迭代器），但是他们也有自己的遍历和设置值的方法。

Hashtable共有四种遍历的方法，三种是基于Map接口实现的：entrySet()、keySet()、values()，一种是诞生时自身就具备的：elements()、keys()。

我们主要讲解来自Map接口的遍历方法，更古老的方法并不过多介绍：

public synchronized Enumeration elements() 返回此哈希表中value的枚举。 public synchronized Enumeration keys() 返回此哈希表中的键的枚举。

2.9.1 主要类属性

首次通过某些遍历的方法请求结果视图时，将会创建一个视图对象，并赋值给下面对应的字段保存起来。因为这些结果视图和Map底层的哈希表的直接关联的，对于哈希表的改变将会反映在结果视图的遍历中。因此后续调用相同的方法，直接返回已经生成的结果视图即可，不需要创建新的视图对象，非常的巧妙！

/*保存 keySet方法返回的结果视图*/
private transient volatile Set<K> keySet;
/*保存 entrySet方法返回的结果视图*/
private transient volatile Set<Map.Entry<K, V>> entrySet;
/*保存 values方法返回的结果视图*/
private transient volatile Collection<V> values;

下面的int类型常量主要是用于keySet、values、entrySet方法返回的视图集合，在这个视图集合获取迭代器时，实际上内部调用同一个获取迭代器的方法：getIterator(int type)，返回的是同一个迭代器实现，主要是根据在构建迭代器时，传入的迭代器类型进行判断，并返回的不同的结果！具体判断规则在“Map.Entry<K,V>接口”一节部分有详解！

/*返回的迭代器集合类型*/
//keyset方法返回的set集合所使用的迭代器集合
private static final int KEYS = 0;
//values方法返回的Collection集合所使用的迭代器集合
private static final int VALUES = 1;
//entrySet方法返回的set集合所使用的迭代器集合
private static final int ENTRIES = 2;

2.9.2 entrySet方法

public synchronized Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()

返回此Map中包含的key-value键值对的set集合。该集合支持iterator、Iterator.remove、Set.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作。即此set支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系，但它不支持 add 或 addAll 操作。

2.9.2.1 entrySet方法

先看看entrySet方法的源码：

public Set<Map.Entry<K, V>> entrySet() {
    //判断entrySet视图是否为null
    if (entrySet == null)
        //如果为null则说明是第一次调用entrySet方法,那么创建试图对象并且赋值给entrySet字段
        entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
    //返回entrySet视图对象
    return entrySet;
}

我们看到内部实际上调用的Collections集合工具类的synchronizedSet方法，该方法将会基于原集合进行包装，并返回新的一个同步的SynchronizedSet类型的包装集合，其操作元素的方法还是调用的传入的原始集合的方法，这里传入的集合是一个EntrySet。

2.9.2.2 EntrySet内部类

来看看EntrySet的源码：

private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K, V>> {
    /**
     * 支持迭代器操作
     */
    public Iterator<Map.Entry<K, V>> iterator() {
        return getIterator(ENTRIES);
    }

    /**
     * 不支持 add 或 addAll 操作，因为它的add方法是调用父类 AbstractSet的方法，而AbstractSet中add方法的实现是抛出异常
     */
    public boolean add(Map.Entry<K, V> o) {
        return super.add(o);
    }

    /**
     * 支持contains操作，实际上底层就是操作的table数组
     */
    public boolean contains(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>)o;
        Object key = entry.getKey();
        Hashtable.Entry<?,?>[] tab = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

        for (Hashtable.Entry<?,?> e = tab[index]; e != null; e = e.next)
            if (e.hash==hash && e.equals(entry))
                return true;
        return false;
    }

    /**
     * 支持remove操作，实际上底层就是操作的table数组
     */
    public boolean remove(Object o) {
        if (!(o instanceof Map.Entry))
            return false;
        Map.Entry<?,?> entry = (Map.Entry<?,?>) o;
        Object key = entry.getKey();
        Hashtable.Entry<?,?>[] tab = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

        @SuppressWarnings("unchecked")
        Hashtable.Entry<K,V> e = (Hashtable.Entry<K,V>)tab[index];
        for(Hashtable.Entry<K,V> 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 = null;
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

    /**
     * 支持size操作
     *
     * @return
     */
    public int size() {
        return count;
    }

    /**
     * 支持clear操作
     */
    public void clear() {
        Hashtable.this.clear();
    }
}

EntrySet表示Map的键值对对象(Map.Entry<K, V>)的set集合。

这里的EntrySet实际上是一个Hashtable中的内部类，操作元素的方法，都是基于底层哈希表操作的。

支持iterator、Iterator.remove、Set.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作，此 set 支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系。

不支持 add 或 addAll 操作,因为它的add方法是调用父类 AbstractSet的方法，而AbstractSet中add方法的实现是抛出异常。

2.9.2.3 synchronizedSet方法

再来看看Collections.synchronizedSet的源码：

/**
 * 返回一个同步set集合
 *
 * @param s     原集合
 * @param mutex 用来作为锁的对象
 * @return 同步的新集合, 是SynchronizedSet类型
 */
static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s, Object mutex) {
    return new SynchronizedSet<>(s, mutex);
}

/**
 * SynchronizedSet集合,的主要方法都是继承SynchronizedCollection的方法
 */
static class SynchronizedSet<E> extends SynchronizedCollection<E> implements Set<E> {
    private static final long serialVersionUID = 487447009682186044L;

    SynchronizedSet(Set<E> s) {
        super(s);
    }

    SynchronizedSet(Set<E> s, Object mutex) {
        super(s, mutex);
    }

    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o)
            return true;
        synchronized (mutex) {
            return c.equals(o);
        }
    }

    public int hashCode() {
        synchronized (mutex) {
            return c.hashCode();
        }
    }
}

/**
 * SynchronizedCollection实现了同步集合的大部分方法,很容易就能看出来:
 * 它的同名方法全都是调用的传入的集合（第一个参数）的方法，并且使用传入的第二个参数作为锁对象，通过同步块的方法来最终实现同步的
 * 实际上这就是Java设计模式——"装饰设计模式"的应用
 */
static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
    private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;
    //第一个参数,原集合
    final Collection<E> c;  // Backing Collection
    //第二个参数作为锁
    final Object mutex;     // Object on which to synchronize

    SynchronizedCollection(Collection<E> c) {
        this.c = Objects.requireNonNull(c);
        mutex = this;
    }

    SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {
        this.c = Objects.requireNonNull(c);
        this.mutex = Objects.requireNonNull(mutex);
    }

    /**
     * 装饰加强后的方法
     *
     * @return
     */
    public int size() {
        //同步块
        synchronized (mutex) {
            //调用被装饰集合的方法
            return c.size();
        }
    }

    public boolean isEmpty() {
        synchronized (mutex) {
            return c.isEmpty();
        }
    }

    public boolean contains(Object o) {
        synchronized (mutex) {
            return c.contains(o);
        }
    }
    //…………
}

从源码能看出来，实际上Collections.synchronizedSet方法，就是一个装饰设计模式的方法，传入一个EntrySet对象和this对象，然后返回一个SynchronizedSet对象，该对象内部保存了传入的两个参数，它的同名方法，底层还是调用EntrySet对象的同名方法，并且使用this对象作为锁，这样就完成了对EntrySet对象方法的装饰加强，实现了同步！

2.9.2.4 Map.Entry<K,V>接口

我们看到返回的set集合的元素是Map.Entry<K,V>类型，实际上该类型就是表示集合中的映射项（键-值对）。一个Map.Entry对象就表示一个键值对，那么这个键值对和Hashtable中的节点对象Entry有什么联系吗？

实际上，Map.Entry追溯到最顶层，它出现在Map接口，Entry作为Map接口的内部接口，现在我们猜也能猜出来，这个Entry接口实际上是作为Map集合体系中的节点的超级接口，Map的具体实现类的内部节点类均需要实现该Map.Entry接口。

到这里我们就是知道了，我们获取的Map.Entry对象实际上返回的是各个Map实现类的节点对象，在Hashtable中我们获取的是Entry节点（Entry内部类实现了Map.Entry接口），在HashMap中我们获取的是Node节点（Node内部类也实现了Map.Entry接口）……

Map.Entry接口提供的方法如下，实际上在前面的Entry节点内部类的介绍中已经说了，这些方法也是Entry节点的方法：

boolean	equals(Object o) 比较指定对象与此项的相等性。
K	getKey() 返回与此项对应的键。
V	getValue() 返回与此项对应的值。
int	hashCode() 返回此映射项的哈希码值。
V	setValue(V value) 用指定的值替换与此项对应的值（可选操作）。

Map.Entry是通的entrySet()方法获取的set集合的iterator(int type)方法获取到的。EntrySet的iterator方法实现如下：

public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
    return getIterator(ENTRIES);
}

我们可以看到传入的类型是ENTRIES类型，那么该迭代器获取的元素类型将会是一个Entry。

实际上内部的Enumerator迭代器内部会根据传入的类型返回的不同的元素：

return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);

可以看到，如果是KEYS类型，那么返回entry节点的key；如果是VALUES类型那么就返回entry节点的value；否则，那就是ENTRIES，那么就直接返回entry节点。

2.9.3 keySet方法

public synchronized Set keySet()

返回此哈希表中key的set集合。

查看keySet的源码，可以发现和EntrySet的源码非常相似：

public Set<K> keySet() {
    if (keySet == null)
        keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
    return keySet;
}

同样采用了装饰设计模式，只不过这里的被装饰的类变成了KeySet类。同样该集合支持iterator、Iterator.remove、Set.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作。即此set支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系，但它不支持 add 或 addAll 操作。

private class KeySet extends AbstractSet<K> {
    /**
     * KeySet集合迭代器的获取,可以看到传入的KEYS类型
     */
    public Iterator<K> iterator() {
        return getIterator(KEYS);
    }

    /**
     * 支持size操作
     */
    public int size() {
        return count;
    }
    /**
     * 支持contains操作,实际上是调用了外部类Hashtable的containsKey方法
     */
    public boolean contains(Object o) {
        return containsKey(o);
    }
    /**
     * 支持remove操作,实际上是调用了外部类Hashtable的remove方法
     * 前面添加的Hashtable.this.前缀是为了引导调用外部类的同名方法
     */
    public boolean remove(Object o) {
        return Hashtable.this.remove(o) != null;
    }

    /**
     * 支持clear操作,实际上是调用了外部类Hashtable的clear方法
     * 前面添加的Hashtable.this.前缀是为了引导调用外部类的同名方法
     */
    public void clear() {
        Hashtable.this.clear();
    }
}

2.9.4 values方法

public synchronized Collection values()

返回此哈希表中value的 Collection 集合。

查看values的源码，可以发现和EntrySet、keySet的源码非常相似：

public Collection<V> values() {
    if (values==null)
        values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(), this);
    return values;
}

同样采用了装饰设计模式，只不过这里的被装饰的类变成了ValueCollection类。同样该集合支持iterator、Iterator.remove、Collection.remove、removeAll、 retainAll、和 clear 操作。即此Collection支持元素移除，可从映射中移除相应的映射关系，但它不支持 add 或 addAll 操作。

注意由于Map中的value是可能相等的，因此这里的Collection.remove方法移除的是找到的第一个相等value的键值对。

3 HashMap 和 Hashtable的异同与应用

3.1 基于JDK1.8的HashMap 和 Hashtable的异同

相同点：

1. 都是Map接口实现类，属于Map体系的集合，都可以存放键值对，都属于哈希表的实现，存放的键值对都是无序的。

不同点：

1. 总体情况： HashMap 是JDK1.2 新添加的类，类当中方法的所有实现都是异步的，数据不安全，效率高。Hashtable是JDK1.0固有的类，类当中所有方法的实现都是同步的，数据安全的，效率低；
2. 是否允许null： HashMap 的key和value允许 null; Hashtable 的key和value不允许 null；
3. 遍历方式： hashMap具有Map接口的3种遍历方式keySet()、values()、entrySet()，Hashtable除了具有具有Map接口的3种遍历方式之外，还有自己的keys()、elements()方法可以遍历Map；
4. 初始容量： HashMap 的默认初始容量为11；Hashtable的默认初始容量为16。
5. 哈希算法： HashMap的哈希算法是对key的hash值进行了扰动运算（JDK1.8是1次位运算 + 1次异或运算），然后用结果和（容量-1）做&运算。Hashtable的哈希算法是对key的hash值和int最大值(0x7FFFFFFF)进行&运算，然后用结果对容量求余%，并没有扰动运算，因此HashMap的元素分布更加均匀（扰动算法能够让哈希值分部的更加规律）。
6. 扩容增量： Hashtable扩容之后的容量是原容量的两倍加1。HashMap扩容之后的容量是原容量的两倍。HashMap的容量要求必须为2的幂次方，无论是初始容量还是扩容后的容量，Hashtable的初始化容量则没有要求。
7. 数据结构： JDK1.8中HashMap使用了数组+链表+红黑树的数据结构实现哈希表，而Hashtable而是使用了数组+链表的数据结构实现哈希表，HashMap的实现更加复杂，但是查找效率更高。
8. 插入节点方式： JDK1.8中HashMap使用“尾插法“插入新节点，而Hashtable使用“头插法”插入新节点。实际上在JDK1.8之前的HashMap也是采用头插法插入元素节点，但是在JDK1.8时，改为尾插法，因为头插法在多线程操作时可能形成环形链表造成死循环，但是由于Hashtable是线程安全的，因此不需要改动！

3.2 HashMap 和 Hashtable的应用

在单线程环境下，推荐使用HashMap，因为没有同步，以及底层数据结构更加先进，速度更快；在并发环境下，不能使用HashMap，但是也不推荐使用Hashtable，因为HashTable锁住的是整个方法，锁粒度太大，只有一把锁，严重影响性能，推荐使用JUC包下面的ConcurrentHashMap，它采用Lock和CAS机制，降低锁粒度，具有多把锁，提升了并发量！