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java HashTable 源码解析

发布时间:『 2017-02-22 15:48』  博客类别:编程语言  阅读(1578) 评论(0)

Hashtable 是非泛型的集合,所以在检索和存储值类型时通常会发生装箱与拆箱的操作。 


当把某个元素添加到 Hashtable 时,将根据键的哈希代码将该元素放入存储桶中,由于是散列算法所以会出现一个哈希函数能够为两个不同的键生成相同的哈希代码,该键的后续查找将使用键的哈希代码只在一个特定存储桶中搜索,这将大大减少为查找一个元素所需的键比较的次数。


Hashtable 的加载因子确定元素与Hashtable 可拥有的元素数的最大比率。加载因子越小,平均查找速度越快,但消耗的内存也增加。默认的加载因子 0.72通常提供速度和大小之间的最佳平衡。当创建 Hashtable 时,也可以指定其他加载因子。


元素总量/ Hashtable 可拥有的元素数=加载因子 


当向 Hashtable 添加元素时,Hashtable 的实际加载因子将增加。当实际加载因子达到指定的加载因子时,Hashtable 中存储桶的数目自动增加到大于当前 Hashtable 存储桶数两倍的最小素数。


扩容时所有的数据需要重新进行散列计算。虽然Hash具有O(1)的数据检索效率,但它空间开销却通常很大,是以空间换取时间。所以Hashtable适用于读取操作频繁,写入操作很少的操作类型。

解析内容

本次分析代码为JDK1.8中HashTable代码。

HashTable不允许null作为key和value。
HashTable中的方法为同步的,所以HashTable是线程安全的。

Entry类

  • Entry是HashTable内的一个静态内部类,实现了Map.Entry接口。table的类型就是Entry。

基本参数

  • hash:存这个Entry的hash值

  • key:存key值

  • value:存value的值

  • next:通过链表连接下一个Entry

final int hash;
final K key;
V value;
Entry<K,V> next;

构造函数

  • 用来新建Entry,需要四个参数。

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

方法

  • getKey方法:返回key值

  • getValue方法:返回value的值

  • setValue方法:修改value值

  • 重写了equals和hashCode方法:hashCode方法通过计算该Entry的hash值与value的hash值进行异或运算;equals方法通过判断key和value是否同时相同来判断。

public int hashCode() {
    return hash ^ Objects.hashCode(value);
}

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()));
}

HashTable类

继承与实现

  • HashTable继承自Dictionary类,实现了Map接口。

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

基本参数

  • HashTable中的数据存放在一个叫做table的数组中,类型为Entry,Entry实现了Map.Entry接口,Entry为HashTable的一个静态内部类。

  • count:entry总数。

  • loadFactor:负载因子。

  • threshold:临界值,当table的size超过临界值,就会进行rehash,这个值等于capacity * loadFactor。

private transient Entry<?,?>[] table;

private transient int count;

private int threshold;

private float loadFactor;

构造函数

  • 默认的HashTable中table的大小为11,负载因子的默认值为0.75。

  • 可以指定初始table的大小,也可以指定loadFactor的大小,也可以将一个Map直接复制到本HashTable。

put方法

  • 同步方法。

  • hash值为key的hashCode。

  • index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length,新增的Entry的index值为key的hash值与0x7FFFFFFF求与再对table的长度求余。

  • 获取到table中下标为index的entry,若存在hash值和key值相同的entry,则用新值替换旧值,若不存在,则新增一个entry。

  • addEntry方法里,如果count大于等于threshold,则进行rehash,否则新增一个Entry,并将在index位置上的旧的Entry接到新增的Entry后。

public synchronized V put(K key, V value) {
    // Make sure the value is not null
    if (value == null) {
        throw new NullPointerException();
    }

    // Makes sure the key is not already in the hashtable.
    Entry<?,?> tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
    for(; entry != null ; entry = entry.next) {
        if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
            V old = entry.value;
            entry.value = value;
            return old;
        }
    }

    addEntry(hash, key, value, index);
    return null;
}

private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
    modCount++;

    Entry<?,?> tab[] = table;
    if (count >= threshold) {
        // Rehash the table if the threshold is exceeded
        rehash();

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

    // Creates the new entry.
    @SuppressWarnings("unchecked")
    Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
    tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
    count++;
}

get方法

  • 同步方法。

  • 计算出key的hash值,并计算出table的下标index,然后对该链表进行遍历,若有相同者,则返回value的值,否则返回null。

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

rehash方法

  • 先进行扩容,新的容量为旧的容量的两倍再加一。

  • 让table指向容量为新值的新的数组。

  • 将旧的table中原有的值进行重新计算,重新计算出新的index,并将原来table中的链表连接到新的table中。

protected void rehash() {    int oldCapacity = table.length;
    Entry<?,?>[] oldMap = table;    // overflow-conscious code
    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;
    }
    Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];

    modCount++;
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    table = newMap;    for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {        for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
            Entry<K,V> e = old;
            old = old.next;            int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
            e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
            newMap[index] = e;
        }
    }
}

hashCode方法

  • 本方法是同步的。

  • 通过计算table中每一个Entry的hashCode之和作为返回值。

public synchronized int hashCode() {
	/*
	 * This code detects the recursion caused by computing the hash code
	 * of a self-referential hash table and prevents the stack overflow
	 * that would otherwise result.  This allows certain 1.1-era
	 * applets with self-referential hash tables to work.  This code
	 * abuses the loadFactor field to do double-duty as a hashCode
	 * in progress flag, so as not to worsen the space performance.
	 * A negative load factor indicates that hash code computation is
	 * in progress.
	 */
	int h = 0;
	if (count == 0 || loadFactor < 0)
		return h;  // Returns zero

	loadFactor = -loadFactor;  // Mark hashCode computation in progress
	Entry<?,?>[] tab = table;
	for (Entry<?,?> entry : tab) {
		while (entry != null) {
			h += entry.hashCode();
			entry = entry.next;
		}
	}

	loadFactor = -loadFactor;  // Mark hashCode computation complete

	return h;
}

——— 全文完 ———
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关键字:   java     HashTable     集合     map     泛型  
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