数据结构解析-HashTable

Posted 2020-11-26 deityjian

概要

HashTable也是散列表的一种实现，我们在上一篇解析了HashMap,在这里我们与HashMap做个对比，让你能清晰的了解两者的区别:

散列表	实现方式	数据安全	数据安全实现方式	keyvalue是否可为Null
HashMap	数组+单向链表+红黑树	不安全	无	可为Null
HashTable	数组+单向链表	安全	Synchronized	不可为 Null

HashTable

1.继承关系

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

2.常量&构造方法

    /**
     * The hash table data.
     */
    private transient HashtableEntry<?,?>[] table;

    //HashTable条目数总量
    private transient int count;

    //下次扩容量
    private int threshold;

    //负载因子
    private float loadFactor;

    //修改次数
    private transient int modCount = 0;

    //默认的构造函数
    public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }
    //指定容量大小
    public Hashtable(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0.75f);
    }
     //指定容量大小和负载因子大小
    public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //指定的容量大小不可以小于0,否则将抛出IllegalArgumentException异常
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        ////指定的负载因子不可以小于0或为Null，若判定成立则抛出IllegalArgumentException异常
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
       //若指定的容量大小为0,则赋为1 即容量初始大小最小为 1
        if (initialCapacity==0)
            initialCapacity = 1;
        this.loadFactor = loadFactor;
        //声明table实例
        table = new HashtableEntry<?,?>[initialCapacity];
        //下次扩容量长度
        threshold = (int)Math.min(initialCapacity, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    }
     //传入一个Map集合,将Map集合中元素Map.Entry全部添加进HashTable实例中
    public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
        this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
        putAll(t);
    }

3.HashtableEntry单向链表的实现

private static class HashtableEntry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    // END android-changed: Renamed Entry -> HashtableEntry.
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        HashtableEntry<K,V> next;
         //构造函数
        protected HashtableEntry(int hash, K key, V value, HashtableEntry<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key =  key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

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

        // Map.Entry Ops
         //获取key
        public K getKey() {
            return key;
        }
         //获取value
        public V getValue() {
            return value;
        }
        //设置value
        public V setValue(V value) {
            if (value == null)
                throw new NullPointerException();

            V oldValue = this.value;
            this.value = value;
            return oldValue;
        }
         //equals对比
        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()));
        }
        //获取hash值
        public int hashCode() {
            return hash ^ Objects.hashCode(value);
        }

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

4.Hashtable put函数源码实现

 //这里使用Synchronized锁方法的方式来保证put方法的在多线程下的数据安全
public synchronized V put(K key, V value) {
        // 确定value值不可为null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // 确定key已经在table中存在 
        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        HashtableEntry<K,V> entry = (HashtableEntry<K,V>)tab[index];
        //通过for循环,查找符合条件的key，赋予新的Value
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }
        //添加新的Entry
        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
        //修改次数+1
        modCount++;

        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        //如果HashTable的子条目大小 大于 下次扩容大小
        if (count >= threshold) {
            // 如果超过阈值，则重新组织HashTable 即对HashTable进行扩容
            rehash();

            tab = table;
            hash = key.hashCode();
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // Creates the new entry.
        @SuppressWarnings("unchecked")
        //将tab中索引位置下的Entry赋予 e
        HashtableEntry<K,V> e = (HashtableEntry<K,V>) tab[index];
        //创建新的HashtableEntry赋予tab中索引位置
        tab[index] = new HashtableEntry<>(hash, key, value, e);
        //table的条目树+1
        count++;
    }

梳理以下HashTable.put函数的执行过程

• 1.确定value值不可为null
• 2.若key已经在table中存在，通过for循环,查找符合条件的key，赋予新的Value 返回 旧值
• 3.若不存在则进行新增操作;
• 3.1 修改次数+1，判断HashTable是否需要扩容
• 3.2 获取tab索引下的Entry 赋给 e
• 3.3 创建一个HashTableEntry赋给tab指定索引位置
• 3.4 tab的条目数 +1

5.Hashtable get函数源码实现

    //这里使用Synchronized 锁方法的方式来保证get函数在多线程下的数据安全
    public synchronized V get(Object key) {
        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
         //通过for循环来查找如何条件的value
        for (HashtableEntry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }

6.Hashtable rehash函数源码实现

 protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        HashtableEntry<?,?>[] oldMap = table;

        // 旧表长度 二进制左移1位+1 当作新表的长度
        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;
        }
        HashtableEntry<?,?>[] newMap = new HashtableEntry<?,?>[newCapacity];
        //修改次数+1
        modCount++;
        //记录下次扩容量
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        //将新表赋予当前操作表
        table = newMap;
        //通过for循环将旧表数据赋予新表中
        for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
            //通过for循环遍历老表索引下的节点数据,赋予新表中
            for (HashtableEntry<K,V> old = (HashtableEntry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
                HashtableEntry<K,V> e = old;
                 //将老表的下一个节点重新赋给old
                old = old.next;

                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
                e.next = (HashtableEntry<K,V>)newMap[index];
                //赋予新表的指定索引位置
                newMap[index] = e;
            }
        }
    } 

结束分析

• 通过上面的分析我们可以清楚地知道,HashTable的put函数和get函数在多线程下可以保证数据安全,实现方式都是使用Synchronized 同步锁 锁方法的方式实现的,而相对于HashMap是没有采取任何方式保证数据安全,所以HashMap在多线程下无法保证数据安全.
• 也同样由于HashTable采用Synchronized同步锁 锁方法方式 锁住了整个table保证数据安全,在多线程竞争激烈的情况下效率非常低;因为线程访问同步时,其他线程访问HashTable的同步方法时可能会进入阻塞或轮询状态.