Java 改良章 (25)-----HashTable

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有两个类都提供一个さまざまな用途に使用できる hashTable メカニズムでは、キーと値を組み合わせてキーと値のペアを形成し、put(key, value) メソッドを通じて保存し、get(key) メソッドを通じて対応する値 value を取得できます。 1 つは前述の HashMap で、もう 1 つは後で説明する HashTable です。 HashTable の場合、これは HashMap の実装にほぼ似ています。HashMap についてよく知っていれば、HashTable について理解することが非常に役立ちます。それらの間にはほんの少しの違いがありますが、それについては後で説明します。

1. 定義

Java における HashTable の定義は次のとおりです。 HashTable が Dictionary クラスを継承して実装していることがわかります。マップインターフェイス。ここで、Dictionary クラスは、キーを対応する値 ( など) にマップできるクラスの抽象親クラスです。各キーと各値はオブジェクトです。どの Dictionary

オブジェクトでも、各キーは最大 1 つの値に関連付けられます。 Map は、「キーと値のキーと値のペア」インターフェイスです。

HashTable は、「ジッパー メソッド」を使用してハッシュ テーブルを実装します。ハッシュ テーブルは、テーブル、カウント、しきい値、loadFactor、modCount などの重要なパラメーターを定義します。 B aTable: ENTRY [] 配列タイプで、Entry は「ジッパー」のノードを表します。各 Entry は Entry 配列内のキー値のペアを表します。 Hashtable count: HashTable のサイズは、HashTable のコンテナー サイズではなく、それに含まれる Entry キーと値のペアの数であることに注意してください。

threshold: Hashtable のしきい値。Hashtable の容量を調整する必要があるかどうかを判断するために使用されます。しきい値=「容量*負荷率」の値。

loadFactor: 負荷係数。

modCount: 「フェイルファスト」メカニズム (つまり、高速失敗) を実装するために使用されます。いわゆる高速失敗とは、同時実行コレクションにおいて、反復操作中に他のスレッドがそのコレクションに構造的な変更を加えた場合、反復子がそれを即座に感知し、反復が完了するまで待たずにすぐに ConcurrentModificationException をスローすることを意味します。間違いを犯しました）。

2. 構築方法

HashTabelには5つのコンストラクターがあります。これら 5 つのコンストラクターを通じて、必要な HashTable を構築します。

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

デフォルトのコンストラクター、容量は 11、負荷率は 0.75 です。

public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }

指定された初期容量とデフォルトの負荷係数 (0.75) を使用して、新しい空のハッシュ テーブルを構築します。

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //验证初始容量
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        //验证加载因子
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);

        if (initialCapacity==0)
            initialCapacity = 1;
        
        this.loadFactor = loadFactor;
        
        //初始化table，获得大小为initialCapacity的table数组
        table = new Entry[initialCapacity];
        //计算阀值
        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载因子构造一个新的空哈希表。其中initHashSeedAsNeeded方法用于初始化hashSeed参数，其中hashSeed用于计算key的hash值，它与key的hashCode进行按位异或运算。这个hashSeed是一个与实例相关的随机值，主要用于解决hash冲突。

private int hash(Object k) {
        return hashSeed ^ k.hashCode();
    }

         构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。

public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
        //设置table容器大小，其值==t.size * 2 + 1
        this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
        putAll(t);
    }

        三、主要方法

        HashTable的API对外提供了许多方法，这些方法能够很好帮助我们操作HashTable，但是这里我只介绍两个最根本的方法：put、get。

             首先我们先看put方法：将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意这里键key和值value都不可为空。

public synchronized V put(K key, V value) {
        // 确保value不为null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        /*
         * 确保key在table[]是不重复的
         * 处理过程：
         * 1、计算key的hash值，确认在table[]中的索引位置
         * 2、迭代index索引位置，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
         */
        Entry tab[] = table;
        int hash = hash(key);    //计算key的hash值
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;     //确认该key的索引位置
        //迭代，寻找该key，替换
        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) {  //如果容器中的元素数量已经达到阀值，则进行扩容操作
            rehash();
            tab = table;
            hash = hash(key);
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // 在索引位置处插入一个新的节点
        Entry<K,V> e = tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        //容器中元素+1
        count++;
        return null;
    }

             put方法的整个处理流程是：计算key的hash值，根据hash值获得key在table数组中的索引位置，然后迭代该key处的Entry链表（我们暂且理解为链表），若该链表中存在一个这个的key对象，那么就直接替换其value值即可，否则在将改key-value节点插入该index索引位置处。如下：

             首先我们假设一个容量为5的table，存在8、10、13、16、17、21。他们在table中位置如下：

            然后我们插入一个数：put(16,22)，key=16在table的索引位置为1，同时在1索引位置有两个数，程序对该“链表”进行迭代，发现存在一个key=16,这时要做的工作就是用newValue=22替换oldValue16，并将oldValue=16返回。

            在put(33,33)，key=33所在的索引位置为3，并且在该链表中也没有存在某个key=33的节点，所以就将该节点插入该链表的第一个位置。

                在HashTabled的put方法中有两个地方需要注意：

        1、HashTable的扩容操作，在put方法中，如果需要向table[]中添加Entry元素，会首先进行容量校验，如果容量已经达到了阀值，HashTable就会进行扩容处理rehash()，如下:

protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        //元素
        Entry<K,V>[] oldMap = table;

        //新容量=旧容量 * 2 + 1
        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
            if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
                return;
            newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
        }
        
        //新建一个size = newCapacity 的HashTable
        Entry<K,V>[] newMap = new Entry[];

        modCount++;
        //重新计算阀值
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        //重新计算hashSeed
        boolean rehash = initHashSeedAsNeeded(newCapacity);

        table = newMap;
        //将原来的元素拷贝到新的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;
            }
        }
    }

            在这个rehash()方法中我们可以看到容量扩大两倍+1，同时需要将原来HashTable中的元素一一复制到新的HashTable中，这个过程是比较消耗时间的，同时还需要重新计算hashSeed的，毕竟容量已经变了。这里对阀值啰嗦一下：比如初始值11、加载因子默认0.75，那么这个时候阀值threshold=8，当容器中的元素达到8时，HashTable进行一次扩容操作，容量 = 8 * 2 + 1 =17，而阀值threshold=17*0.75 = 13，当容器元素再一次达到阀值时，HashTable还会进行扩容操作，一次类推。

        2、其实这里是我的一个疑问，在计算索引位置index时，HashTable进行了一个与运算过程（hash & 0x7FFFFFFF），为什么需要做一步操作，这么做有什么好处？如果哪位知道，望指导，LZ不胜感激！！下面是计算key的hash值，这里hashSeed发挥了作用。

private int hash(Object k) {
        return hashSeed ^ k.hashCode();
    }

            相对于put方法，get方法就会比较简单，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，匹配直到找到相对应key的value,若没有找到返回null。

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与HashMap的区别

             HashTable和HashMap存在很多的相同点，但是他们还是有几个比较重要的不同点。

        第一：我们从他们的定义就可以看出他们的不同，HashTable基于Dictionary类，而HashMap是基于AbstractMap。Dictionary是什么？它是任何可将键映射到相应值的类的抽象父类，而AbstractMap是基于Map接口的骨干实现，它以最大限度地减少实现此接口所需的工作。

        第二：HashMap可以允许存在一个为null的key和任意个为null的value，但是HashTable中的key和value都不允许为null。如下：

             当HashMap遇到为null的key时，它会调用putForNullKey方法来进行处理。对于value没有进行任何处理，只要是对象都可以。

if (key == null)
            return putForNullKey(value);

             而当HashTable遇到null时，他会直接抛出NullPointerException异常信息。

if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        第三：Hashtable的方法是同步的，而HashMap的方法不是。所以有人一般都建议如果是涉及到多线程同步时采用HashTable，没有涉及就采用HashMap，但是在Collections类中存在一个静态方法：synchronizedMap()，该方法创建了一个线程安全的Map对象，并把它作为一个封装的对象来返回，所以通过Collections类的synchronizedMap方法是可以我们你同步访问潜在的HashMap。这样君该如何选择呢？？？

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