Hashtable原始碼分析
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Hashtable簡介
HashTable同樣是基於雜湊表實現的，同樣每個元素都是key-value對，其內部也是通過單連結串列解決衝突問題，容量不足（超過了閾值）時，同樣會自動增長。
Hashtable是執行緒安全的。
Hashtable實現了Serializable介面，支援序列化，實現了Cloneable介面，能被克隆。
Hashtable原始碼分析
package java.util;
import java.io.*;
public class Hashtable<K,V>
extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
// 儲存key-value的陣列。
// Hashtable同樣採用單連結串列解決衝突，每一個Entry本質上是一個單向連結串列
private transient Entry[] table;
// Hashtable中鍵值對的數量
private transient int count;
// 閾值，用於判斷是否需要調整Hashtable的容量（threshold = 容量*載入因子）
private int threshold;
// 載入因子
private float loadFactor;
// Hashtable被改變的次數，用於fail-fast機制的實現
private transient int modCount = 0;
// 序列版本號
private static final long serialVersionUID = 1421746759512286392L;
// 指定“容量大小”和“載入因子”的建構函式
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
initialCapacity);
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);
if (initialCapacity==0)
initialCapacity = 1;
this.loadFactor = loadFactor;
table = new Entry[initialCapacity];
threshold = (int)(initialCapacity * loadFactor);
}
// 指定“容量大小”的建構函式
public Hashtable(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, 0.75f);
}
// 預設建構函式。
public Hashtable() {
// 預設建構函式，指定的容量大小是11；載入因子是0.75
this(11, 0.75f);
}
// 包含“子Map”的建構函式
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
// 將“子Map”的全部元素都新增到Hashtable中
putAll(t);
}
private int hash(Object k) {
if (useAltHashing) {
if (k.getClass() == String.class) {
return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k);
} else {
int h = hashSeed ^ k.hashCode();
// This function ensures that hashCodes that differ only by
// constant multiples at each bit position have a bounded
// number of collisions (approximately 8 at default load factor).
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
} else {
return k.hashCode();
}
}
public synchronized int size() {
return count;
}
public synchronized boolean isEmpty() {
return count == 0;
}
// 返回“所有key”的列舉物件
public synchronized Enumeration<K> keys() {
return this.<K>getEnumeration(KEYS);
}
// 返回“所有value”的列舉物件
public synchronized Enumeration<V> elements() {
return this.<V>getEnumeration(VALUES);
}
// 判斷Hashtable是否包含“值(value)”
public synchronized boolean contains(Object value) {
//注意，Hashtable中的value不能是null，
// 若是null的話，丟擲異常!
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 從後向前遍歷table陣列中的元素(Entry)
// 對於每個Entry(單向連結串列)，逐個遍歷，判斷節點的值是否等於value
Entry tab[] = table;
for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {
for (Entry<K,V> e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) {
if (e.value.equals(value)) {
return true;
}
}
}
return false;
}
public boolean containsValue(Object value) {
return contains(value);
}
// 判斷Hashtable是否包含key
public synchronized boolean containsKey(Object key) {
Entry tab[] = table;
//計算hash值，直接用key的hashCode代替
int hash = key.hashCode();
// 計算在陣列中的索引值
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key對應的Entry(連結串列)”，然後在連結串列中找出“雜湊值”和“鍵值”與key都相等的元素
for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return true;
}
}
return false;
}
// 返回key對應的value，沒有的話返回null
public synchronized V get(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = hash(key);
// 計算索引值，
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 找到“key對應的Entry(連結串列)”，然後在連結串列中找出“雜湊值”和“鍵值”與key都相等的元素
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;
}
// 調整Hashtable的長度，將長度變成原來的2倍+1
protected void rehash() {
int oldCapacity = table.length;
Entry[] oldMap = table;
//建立新容量大小的Entry陣列
int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
modCount++;
threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
table = newMap;
//將“舊的Hashtable”中的元素複製到“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;
//重新計算index
int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
e.next = newMap[index];
newMap[index] = e;
}
}
}
// 將“key-value”新增到Hashtable中
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value為null的元素！！！
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 若“Hashtable中已存在鍵為key的鍵值對”，
// 則用“新的value”替換“舊的value”
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)) {
V old = e.value;
e.value = value;
return old;
}
}
// 若“Hashtable中不存在鍵為key的鍵值對”，
// 將“修改統計數”+1
modCount++;
// 若“Hashtable實際容量” > “閾值”(閾值=總的容量 * 載入因子)
// 則調整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
rehash();
tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
//將新的key-value對插入到tab[index]處（即連結串列的頭結點）
Entry<K,V> e = tab[index];
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
count++;
return null;
}
// 刪除Hashtable中鍵為key的元素
public synchronized V remove(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
//從table[index]連結串列中找出要刪除的節點，並刪除該節點。
//因為是單連結串列，因此要保留帶刪節點的前一個節點，才能有效地刪除節點
for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
modCount++;
if (prev != null) {
prev.next = e.next;
} else {
tab[index] = e.next;
}
count--;
V oldValue = e.value;
e.value = null;
return oldValue;
}
}
return null;
}
// 將“Map(t)”的中全部元素逐一新增到Hashtable中
public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) {
for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet())
put(e.getKey(), e.getValue());
}
// 清空Hashtable
// 將Hashtable的table陣列的值全部設為null
public synchronized void clear() {
Entry tab[] = table;
modCount++;
for (int index = tab.length; --index >= 0; )
tab[index] = null;
count = 0;
}
// 克隆一個Hashtable，並以Object的形式返回。
public synchronized Object clone() {
try {
Hashtable<K,V> t = (Hashtable<K,V>) super.clone();
t.table = new Entry[table.length];
for (int i = table.length ; i-- > 0 ; ) {
t.table[i] = (table[i] != null)
? (Entry<K,V>) table[i].clone() : null;
}
t.keySet = null;
t.entrySet = null;
t.values = null;
t.modCount = 0;
return t;
} catch (CloneNotSupportedException e) {
throw new InternalError();
}
}
public synchronized String toString() {
int max = size() - 1;
if (max == -1)
return "{}";
StringBuilder sb = new StringBuilder();
Iterator<Map.Entry<K,V>> it = entrySet().iterator();
sb.append('{');
for (int i = 0; ; i++) {
Map.Entry<K,V> e = it.next();
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
sb.append(key == this ? "(this Map)" : key.toString());
sb.append('=');
sb.append(value == this ? "(this Map)" : value.toString());
if (i == max)
return sb.append('}').toString();
sb.append(", ");
}
}
// 獲取Hashtable的列舉類物件
// 若Hashtable的實際大小為0,則返回“空列舉類”物件；
// 否則，返回正常的Enumerator的物件。
private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) {
if (count == 0) {
return (Enumeration<T>)emptyEnumerator;
} else {
return new Enumerator<T>(type, false);
}
}
// 獲取Hashtable的迭代器
// 若Hashtable的實際大小為0,則返回“空迭代器”物件；
// 否則，返回正常的Enumerator的物件。(Enumerator實現了迭代器和列舉兩個介面)
private <T> Iterator<T> getIterator(int type) {
if (count == 0) {
return (Iterator<T>) emptyIterator;
} else {
return new Enumerator<T>(type, true);
}
}
// Hashtable的“key的集合”。它是一個Set，沒有重複元素
private transient volatile Set<K> keySet = null;
// Hashtable的“key-value的集合”。它是一個Set，沒有重複元素
private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
// Hashtable的“key-value的集合”。它是一個Collection，可以有重複元素
private transient volatile Collection<V> values = null;
// 返回一個被synchronizedSet封裝後的KeySet物件
// synchronizedSet封裝的目的是對KeySet的所有方法都新增synchronized，實現多執行緒同步
public Set<K> keySet() {
if (keySet == null)
keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
return keySet;
}
// Hashtable的Key的Set集合。
// KeySet繼承於AbstractSet，所以，KeySet中的元素沒有重複的。
private class KeySet extends AbstractSet<K> {
public Iterator<K> iterator() {
return getIterator(KEYS);
}
public int size() {
return count;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsKey(o);
}
public boolean remove(Object o) {
return Hashtable.this.remove(o) != null;
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}
// 返回一個被synchronizedSet封裝後的EntrySet物件
// synchronizedSet封裝的目的是對EntrySet的所有方法都新增synchronized，實現多執行緒同步
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
if (entrySet==null)
entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
return entrySet;
}
// Hashtable的Entry的Set集合。
// EntrySet繼承於AbstractSet，所以，EntrySet中的元素沒有重複的。
private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
}
public boolean add(Map.Entry<K,V> o) {
return super.add(o);
}
// 查詢EntrySet中是否包含Object(0)
// 首先，在table中找到o對應的Entry連結串列
// 然後，查詢Entry連結串列中是否存在Object
public boolean contains(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry entry = (Map.Entry)o;
Object key = entry.getKey();
Entry[] tab = table;
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry e = tab[index]; e != null; e = e.next)
if (e.hash==hash && e.equals(entry))
return true;
return false;
}
// 刪除元素Object(0)
// 首先，在table中找到o對應的Entry連結串列
// 然後，刪除連結串列中的元素Object
public boolean remove(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o;
K key = entry.getKey();
Entry[] tab = table;
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index], 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;
}
public int size() {
return count;
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}
// 返回一個被synchronizedCollection封裝後的ValueCollection物件
// synchronizedCollection封裝的目的是對ValueCollection的所有方法都新增synchronized，實現多執行緒同步
public Collection<V> values() {
if (values==null)
values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(),
this);
return values;
}
// Hashtable的value的Collection集合。
// ValueCollection繼承於AbstractCollection，所以，ValueCollection中的元素可以重複的。
private class ValueCollection extends AbstractCollection<V> {
public Iterator<V> iterator() {
return getIterator(VALUES);
}
public int size() {
return count;
}
public boolean contains(Object o) {
return containsValue(o);
}
public void clear() {
Hashtable.this.clear();
}
}
// 重新equals()函式
// 若兩個Hashtable的所有key-value鍵值對都相等，則判斷它們兩個相等
public synchronized boolean equals(Object o) {
if (o == this)
return true;
if (!(o instanceof Map))
return false;
Map<K,V> t = (Map<K,V>) o;
if (t.size() != size())
return false;
try {
// 通過迭代器依次取出當前Hashtable的key-value鍵值對
// 並判斷該鍵值對，存在於Hashtable中。
// 若不存在，則立即返回false；否則，遍歷完“當前Hashtable”並返回true。
Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
while (i.hasNext()) {
Map.Entry<K,V> e = i.next();
K key = e.getKey();
V value = e.getValue();
if (value == null) {
if (!(t.get(key)==null && t.containsKey(key)))
return false;
} else {
if (!value.equals(t.get(key)))
return false;
}
}
} catch (ClassCastException unused) {
return false;
} catch (NullPointerException unused) {
return false;
}
return true;
}
// 計算Entry的hashCode
// 若 Hashtable的實際大小為0 或者 載入因子<0，則返回0。
// 否則，返回“Hashtable中的每個Entry的key和value的異或值 的總和”。
public synchronized int hashCode() {
int h = 0;
if (count == 0 || loadFactor < 0)
return h; // Returns zero
loadFactor = -loadFactor; // Mark hashCode computation in progress
Entry[] tab = table;
for (int i = 0; i < tab.length; i++)
for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next)
h += e.key.hashCode() ^ e.value.hashCode();
loadFactor = -loadFactor; // Mark hashCode computation complete
return h;
}
// java.io.Serializable的寫入函式
// 將Hashtable的“總的容量，實際容量，所有的Entry”都寫入到輸出流中
private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s)
throws IOException
{
// Write out the length, threshold, loadfactor
s.defaultWriteObject();
// Write out length, count of elements and then the key/value objects
s.writeInt(table.length);
s.writeInt(count);
for (int index = table.length-1; index >= 0; index--) {
Entry entry = table[index];
while (entry != null) {
s.writeObject(entry.key);
s.writeObject(entry.value);
entry = entry.next;
}
}
}
// java.io.Serializable的讀取函式：根據寫入方式讀出
// 將Hashtable的“總的容量，實際容量，所有的Entry”依次讀出
private void readObject(java.io.ObjectInputStream s)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
// Read in the length, threshold, and loadfactor
s.defaultReadObject();
// Read the original length of the array and number of elements
int origlength = s.readInt();
int elements = s.readInt();
// Compute new size with a bit of room 5% to grow but
// no larger than the original size. Make the length
// odd if it's large enough, this helps distribute the entries.
// Guard against the length ending up zero, that's not valid.
int length = (int)(elements * loadFactor) + (elements / 20) + 3;
if (length > elements && (length & 1) == 0)
length--;
if (origlength > 0 && length > origlength)
length = origlength;
Entry[] table = new Entry[length];
count = 0;
// Read the number of elements and then all the key/value objects
for (; elements > 0; elements--) {
K key = (K)s.readObject();
V value = (V)s.readObject();
// synch could be eliminated for performance
reconstitutionPut(table, key, value);
}
this.table = table;
}
private void reconstitutionPut(Entry[] tab, K key, V value)
throws StreamCorruptedException
{
if (value == null) {
throw new java.io.StreamCorruptedException();
}
// Makes sure the key is not already in the hashtable.
// This should not happen in deserialized version.
int hash = key.hashCode();
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)) {
throw new java.io.StreamCorruptedException();
}
}
// Creates the new entry.
Entry<K,V> e = tab[index];
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
count++;
}
// Hashtable的Entry節點，它本質上是一個單向連結串列。
// 也因此，我們才能推斷出Hashtable是由拉鍊法實現的雜湊表
private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
// 雜湊值
int hash;
K key;
V value;
// 指向的下一個Entry，即連結串列的下一個節點
Entry<K,V> next;
// 建構函式
protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) {
this.hash = hash;
this.key = key;
this.value = value;
this.next = next;
}
protected Object clone() {
return new Entry<K,V>(hash, key, value,
(next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone()));
}
public K getKey() {
return key;
}
public V getValue() {
return value;
}
// 設定value。若value是null，則丟擲異常。
public V setValue(V value) {
if (value == null)
throw new NullPointerException();
V oldValue = this.value;
this.value = value;
return oldValue;
}
// 覆蓋equals()方法，判斷兩個Entry是否相等。
// 若兩個Entry的key和value都相等，則認為它們相等。
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 ^ (value==null ? 0 : value.hashCode());
}
public String toString() {
return key.toString()+"="+value.toString();
}
}
private static final int KEYS = 0;
private static final int VALUES = 1;
private static final int ENTRIES = 2;
// Enumerator的作用是提供了“通過elements()遍歷Hashtable的介面” 和 “通過entrySet()遍歷Hashtable的介面”。
private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
// 指向Hashtable的table
Entry[] table = Hashtable.this.table;
// Hashtable的總的大小
int index = table.length;
Entry<K,V> entry = null;
Entry<K,V> lastReturned = null;
int type;
// Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 還是 “列舉類(Enumeration)”的標誌
// iterator為true，表示它是迭代器；否則，是列舉類。
boolean iterator;
// 在將Enumerator當作迭代器使用時會用到，用來實現fail-fast機制。
protected int expectedModCount = modCount;
Enumerator(int type, boolean iterator) {
this.type = type;
this.iterator = iterator;
}
// 從遍歷table的陣列的末尾向前查詢，直到找到不為null的Entry。
public boolean hasMoreElements() {
Entry<K,V> e = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (e == null && i > 0) {
e = t[--i];
}
entry = e;
index = i;
return e != null;
}
// 獲取下一個元素
// 注意：從hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍歷方式”
// 首先，從後向前的遍歷table陣列。table陣列的每個節點都是一個單向連結串列(Entry)。
// 然後，依次向後遍歷單向連結串列Entry。
public T nextElement() {
Entry<K,V> et = entry;
int i = index;
Entry[] t = table;
/* Use locals for faster loop iteration */
while (et == null && i > 0) {
et = t[--i];
}
entry = et;
index = i;
if (et != null) {
Entry<K,V> e = lastReturned = entry;
entry = e.next;
return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
}
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
}
// 迭代器Iterator的判斷是否存在下一個元素
// 實際上，它是呼叫的hasMoreElements()
public boolean hasNext() {
return hasMoreElements();
}
// 迭代器獲取下一個元素
// 實際上，它是呼叫的nextElement()
public T next() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return nextElement();
}
// 迭代器的remove()介面。
// 首先，它在table陣列中找出要刪除元素所在的Entry，
// 然後，刪除單向連結串列Entry中的元素。
public void remove() {
if (!iterator)
throw new UnsupportedOperationException();
if (lastReturned == null)
throw new IllegalStateException("Hashtable Enumerator");
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
synchronized(Hashtable.this) {
Entry[] tab = Hashtable.this.table;
int index = (lastReturned.hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null;
prev = e, e = e.next) {
if (e == lastReturned) {
modCount++;
expectedModCount++;
if (prev == null)
tab[index] = e.next;
else
prev.next = e.next;
count--;
lastReturned = null;
return;
}
}
throw new ConcurrentModificationException();
}
}
}
private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator();
private static Iterator emptyIterator = new EmptyIterator();
// 空列舉類
// 當Hashtable的實際大小為0；此時，又要通過Enumeration遍歷Hashtable時，返回的是“空列舉類”的物件。
private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> {
EmptyEnumerator() {
}
// 空列舉類的hasMoreElements() 始終返回false
public boolean hasMoreElements() {
return false;
}
// 空列舉類的nextElement() 丟擲異常
public Object nextElement() {
throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
}
}
// 空迭代器
// 當Hashtable的實際大小為0；此時，又要通過迭代器遍歷Hashtable時，返回的是“空迭代器”的物件。
private static class EmptyIterator implements Iterator<Object> {
EmptyIterator() {
}
public boolean hasNext() {
return false;
}
public Object next() {
throw new NoSuchElementException("Hashtable Iterator");
}
public void remove() {
throw new IllegalStateException("Hashtable Iterator");
}
}
}
總結
主要與HashMap結合來比較
二者的儲存結構和衝突解決都一樣。
HashTable在不指定容量的情況下的預設容量為11，而HashMap為16，Hashtable不要求底層陣列的容量一定要為2的整數次冪，而HashMap則要求一定為2的整數次冪。
Hashtable中key和value都不允許為null，而HashMap中key和value都允許為null（key只能有一個為null，而value則可以有多個為null）。但是如果在Hashtable中有類似put(null,null)的操作，編譯同樣可以通過，因為key和value都是Object型別，但執行時會丟擲NullPointerException異常，這是JDK的規範規定的。
Hashtable擴容時，將容量變為原來的2倍加1，而HashMap擴容時，將容量變為原來的2倍。
Hashtable和HashMap都重新計算了key的hash值，Hashtable在求hash值對應的位置索引時，用取模運算，而HashMap在求位置索引時，則用與運算，這裡一般先用hash&0x7FFFFFFF後，再對length取模，&0x7FFFFFFF的目的是為了將負的hash值轉化為正值，因為hash值有可能為負數，而&0x7FFFFFFF後，只有符號外改變，而後面的位都不變。
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