Java提高篇-----HashTable

2019-11-06 06:17:57

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  有兩個類都提供了一個多種用途的hashTable機制，他們都可以將可以key和value結合起來構成鍵值對通過put(key,value)方法保存起來，然后通過get(key)方法獲取相對應的value值。一個是前面提到的HashMap，還有一個就是馬上要講解的HashTable。對于HashTable而言，它在很大程度上和HashMap的實現差不多，如果我們對HashMap比較了解的話，對HashTable的認知會提高很大的幫助。他們兩者之間只存在幾點的不同，這個后面會闡述。
        一、定義
        HashTable在Java中的定義如下：
[java] view plain copypublic class Hashtable<K,V>      extends Dictionary<K,V>      implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable
        從中可以看出HashTable繼承Dictionary類，實現Map接口。其中Dictionary類是任何可將鍵映射到相應值的類（如 Hashtable）的抽象父類。每個鍵和每個值都是一個對象。在任何一個 Dictionary 對象中，每個鍵至多與一個值相關聯。Map是"key-value鍵值對"接口。
        HashTable采用"拉鏈法"實現哈希表，它定義了幾個重要的參數：table、count、threshold、loadFactor、modCount。
        table：為一個Entry[]數組類型，Entry代表了“拉鏈”的節點，每一個Entry代表了一個鍵值對，哈希表的"key-value鍵值對"都是存儲在Entry數組中的。
        count：HashTable的大小，注意這個大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry鍵值對的數量。
        threshold：Hashtable的閾值，用于判斷是否需要調整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加載因子"。
        loadFactor：加載因子。
        modCount：用來實現“fail-fast”機制的（也就是快速失?。?。所謂快速失敗就是在并發集合中，其進行迭代操作時，若有其他線程對其進行結構性的修改，這時迭代器會立馬感知到，并且立即拋出ConcurrentModificationException異常，而不是等到迭代完成之后才告訴你（你已經出錯了）。
        二、構造方法
        在HashTabel中存在5個構造函數。通過這5個構造函數我們構建出一個我想要的HashTable。
[java] view plain copypublic Hashtable() {          this(11, 0.75f);      }
        默認構造函數，容量為11，加載因子為0.75。
[java] view plain copypublic Hashtable(int initialCapacity) {          this(initialCapacity, 0.75f);      }
        用指定初始容量和默認的加載因子 (0.75) 構造一個新的空哈希表。
[java] view plain copypublic Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {          //驗證初始容量          if (initialCapacity < 0)              throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+                                                 initialCapacity);          //驗證加載因子          if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))              throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);            if (initialCapacity==0)              initialCapacity = 1;                    this.loadFactor = loadFactor;                    //初始化table，獲得大小為initialCapacity的table數組          table = new Entry[initialCapacity];          //計算閥值          threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);          //初始化HashSeed值          initHashSeedAsNeeded(initialCapacity);      }
        用指定初始容量和指定加載因子構造一個新的空哈希表。其中initHashSeedAsNeeded方法用于初始化hashSeed參數，其中hashSeed用于計算key的hash值，它與key的hashCode進行按位異或運算。這個hashSeed是一個與實例相關的隨機值，主要用于解決hash沖突。
[java] view plain copy public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {          //設置table容器大小，其值==t.size * 2 + 1          this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);          putAll(t);      }
       %20三、主要方法        HashTable的API對外提供了許多方法，這些方法能夠很好幫助我們操作HashTable，但是這里我只介紹兩個最根本的方法：put、get。
        首先我們先看put方法：將指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意這里鍵key和值value都不可為空。
[java] view%20plain copy public synchronized V put(K key, V value) {          // 確保value不為null          if (value == null) {              throw new NullPointerException();          }            /*          * 確保key在table[]是不重復的          * 處理過程：          * 1、計算key的hash值，確認在table[]中的索引位置          * 2、迭代index索引位置，如果該位置處的鏈表中存在一個一樣的key，則替換其value，返回舊值          */          Entry tab[] = table;          int hash = hash(key);    //計算key的hash值          int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;     //確認該key的索引位置          //迭代，尋找該key，替換          for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {              if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {                  V old = e.value;                  e.value = value;                  return old;              }          }            modCount++;          if (count >= threshold) {  //如果容器中的元素數量已經達到閥值，則進行擴容操作              rehash();              tab = table;              hash = hash(key);              index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;          }            // 在索引位置處插入一個新的節點          Entry<K,V> e = tab[index];          tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);          //容器中元素+1          count++;          return null;      }
        put方法的整個處理流程是：計算key的hash值，根據hash值獲得key在table數組中的索引位置，然后迭代該key處的Entry鏈表（我們暫且理解為鏈表），若該鏈表中存在一個這個的key對象，那么就直接替換其value值即可，否則在將改key-value節點插入該index索引位置處。如下：
        首先我們假設一個容量為5的table，存在8、10、13、16、17、21。他們在table中位置如下：
        然后我們插入一個數：put(16,22)，key=16在table的索引位置為1，同時在1索引位置有兩個數，程序對該“鏈表”進行迭代，發現存在一個key=16,這時要做的工作就是用newValue=22替換oldValue16，并將oldValue=16返回。
        在put(33,33)，key=33所在的索引位置為3，并且在該鏈表中也沒有存在某個key=33的節點，所以就將該節點插入該鏈表的第一個位置。
        在HashTabled的put方法中有兩個地方需要注意：
        1、HashTable的擴容操作，在put方法中，如果需要向table[]中添加Entry元素，會首先進行容量校驗，如果容量已經達到了閥值，HashTable就會進行擴容處理rehash()，如下:
[java] view plain copy protected void rehash() {          int oldCapacity = table.length;          //元素          Entry<K,V>[] oldMap = table;            //新容量=舊容量 * 2 + 1          int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;          if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {              if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)                  return;              newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;          }                    //新建一個size = newCapacity 的HashTable          Entry<K,V>[] newMap = new Entry[];            modCount++;          //重新計算閥值          threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);          //重新計算hashSeed          boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);            table = newMap;          //將原來的元素拷貝到新的HashTable中          for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {              for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {                  Entry<K,V> e = old;                  old = old.next;                    if (rehash) {                      e.hash = hash(e.key);                  }                  int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;                  e.next = newMap[index];                  newMap[index] = e;              }          }      }
        在這個rehash()方法中我們可以看到容量擴大兩倍+1，同時需要將原來HashTable中的元素一一復制到新的HashTable中，這個過程是比較消耗時間的，同時還需要重新計算hashSeed的，畢竟容量已經變了。這里對閥值啰嗦一下：比如初始值11、加載因子默認0.75，那么這個時候閥值threshold=8，當容器中的元素達到8時，HashTable進行一次擴容操作，容量%20=%208%20*%202%20+%201%20=17，而閥值threshold=17*0.75%20=%2013，當容器元素再一次達到閥值時，HashTable還會進行擴容操作，一次類推。
        2、其實這里是我的一個疑問，在計算索引位置index時，HashTable進行了一個與運算過程（hash%20&%200x7FFFFFFF），為什么需要做一步操作，這么做有什么好處？如果哪位知道，望指導，LZ不勝感激?。∠旅媸怯嬎鉱ey的hash值，這里hashSeed發揮了作用。
[java] view%20plain copy private int hash(Object k) {          return hashSeed ^ k.hashCode();      }
        相對于put方法，get方法就會比較簡單，處理過程就是計算key的hash值，判斷在table數組中的索引位置，然后迭代鏈表，匹配直到找到相對應key的value,若沒有找到返回null。
[java] view%20plain copy public synchronized V get(Object key) {          Entry tab[] = table;          int hash = hash(key);          int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;          for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {              if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {                  return e.value;              }          }          return null;      }
        四、HashTable與HashMap的區別        HashTable和HashMap存在很多的相同點，但是他們還是有幾個比較重要的不同點。
        第一：我們從他們的定義就可以看出他們的不同，HashTable基于Dictionary類，而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什么？它是任何可將鍵映射到相應值的類的抽象父類，而AbstractMap是基于Map接口的骨干實現，它以最大限度地減少實現此接口所需的工作。
        第二：HashMap可以允許存在一個為null的key和任意個為null的value，但是HashTable中的key和value都不允許為null。如下：
        當HashMap遇到為null的key時，它會調用putForNullKey方法來進行處理。對于value沒有進行任何處理，只要是對象都可以。
[java] view%20plain copy if (key == null)              return putForNullKey(value);
        而當HashTable遇到null時，他會直接拋出NullPointerException異常信息。
[java] view%20plain copy if (value == null) {              throw new NullPointerException();          }
        第三：Hashtable的方法是同步的，而HashMap的方法不是。所以有人一般都建議如果是涉及到多線程同步時采用HashTable，沒有涉及就采用HashMap，但是在Collections類中存在一個靜態方法：synchronizedMap()，該方法創建了一個線程安全的Map對象，并把它作為一個封裝的對象來返回，所以通過Collections類的synchronizedMap方法是可以我們你同步訪問潛在的HashMap。這樣君該如何選擇呢？？？
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