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HashMap HashTable HashSet区别剖析

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HashMap、HashSet、HashTable之间的区别是Java程序员的一个常见面试题目,在此仅以此博客记录,并深入源代码进行分析:

在分析之前,先将其区别列于下面

1:HashSet底层采用的是HashMap进行实现的,但是没有key-value,只有HashMap的key set的视图,HashSet不容许重复的对象

2:Hashtable是基于Dictionary类的,而HashMap是基于Map接口的一个实现

3:Hashtable里默认的方法是同步的,而HashMap则是非同步的,因此Hashtable是多线程安全的

4:HashMap可以将空值作为一个表的条目的key或者value,HashMap中由于键不能重复,因此只有一条记录的Key可以是空值,而value可以有多个为空,但HashTable不允许null值(键与值均不行)

5:内存初始大小不同,HashTable初始大小是11,而HashMap初始大小是16

6:内存扩容时采取的方式也不同,Hashtable采用的是2*old+1,而HashMap是2*old。

7:哈希值的计算方法不同,Hashtable直接使用的是对象的hashCode,而HashMap则是在对象的hashCode的基础上还进行了一些变化

源代码分析:

对于区别1,看下面的源码

//HashSet类的部份源代码
public class HashSet<E>
    extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{   //用于类的序列化,可以不用管它
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;
    //从这里可以看出HashSet类里面真的是采用HashMap来实现的
    private transient HashMap<E,Object> map;

    // Dummy value to associate with an Object in the backing Map
    //这里是生成一个对象,生成这个对象的作用是将每一个键的值均关联于此对象,以满足HashMap的键值对
    private static final Object PRESENT = new Object();

    /**
     * Constructs a new, empty set; the backing <tt>HashMap</tt> instance has
     * default initial capacity (16) and load factor (0.75).
     */
    //这里是一个构造函数,开构生成一个HashMap对象,用来存放数据
    public HashSet() {
	map = new HashMap<E,Object>();
    }
从上面的代码中得出的结论是HashSet的确是采用HashMap来实现的,而且每一个键都关键同一个Object类的对象,因此键所关联的值没有意义,真正有意义的是键。而HashMap里的键是不允许重复的,因此1也就很容易明白了。

对于区别2,继续看源代码如下

//从这里可以看得出Hashtable是继承于Dictionary,实现了Map接口
public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
//这里可以看出的是HashMap是继承于AbstractMap类,实现了Map接口
//因此与Hashtable继承的父类不同
public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
区别3,找一个具有针对性的方法看看,这个方法就是put

//Hashtable里的向集体增加键值对的方法,从这里可以明显看到的是
//采用了synchronized关键字,这个关键字的作用就是用于线程的同步操作
//因此下面这个方法对于多线程来说是安全的,但这会影响效率   
public synchronized V put(K key, V value) {
	// Make sure the value is not null
	//如果值为空的,则会抛出异常
	if (value == null) {
	    throw new NullPointerException();
	}

	// Makes sure the key is not already in the hashtable.
	Entry tab[] = table;
	//获得键值的hashCode,从这里也可以看得出key!=null,否则的话会抛出异常的呦
	int hash = key.hashCode();
	//获取键据所在的哈希表的位置
	int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
	//从下面这个循环中可以看出的是,内部实现采用了链表,即桶状结构
	for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
	    //如果向Hashtable中增加同一个元素时,则会重新更新元素的值 
	    if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
				V old = e.value;
				e.value = value;
				return old;
	    }
	}
	//后面的暂时不用管它,大概的意思就是内存的个数少于某个阀值时,进行重新分配内存
	modCount++;
	if (count >= threshold) {
	    // Rehash the table if the threshold is exceeded
	    rehash();

            tab = table;
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
	}
//HashMap中的实现则相对来说要简单的很多了,如下代码
//这里的代码中没有synchronize关键字,即可以看出,这个关键函数不是线程安全的
    public V put(K key, V value) {
    //对于键是空时,将向Map中放值一个null-value构成的键值对
    //对值却没有进行判空处理,意味着可以有多个具有键,键所对应的值却为空的元素。
        if (key == null)
            return putForNullKey(value);
    //算出键所在的哈希表的位置
        int hash = hash(key.hashCode());
        int i = indexFor(hash, table.length);
    //同样从这里可以看得出来的是采用的是链表结构,采用的是桶状
        for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
            Object k;
            //对于向集体中增加具有相同键的情况时,这里可以看出,并不增加进去,而是进行更新操作
            if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
                V oldValue = e.value;
                e.value = value;
                e.recordAccess(this);
                return oldValue;
            }
        }
        //开始增加元素
        modCount++;
        addEntry(hash, key, value, i);
        return null;
    }
区别4在上面的代码中,已经分析了,可以再细看一下

区别5内存初化大小不同,看看两者的源代码:

    public Hashtable() {
      //从这里可以看出,默认的初始化大小11,这里的11并不是11个字节,而是11个Entry,这个Entry是
      //实现链表的关键结构
      //这里的0.75代表的是装载因子
			this(11, 0.75f);
    }
   //这里均是一些定义
    public HashMap() {
    //这个默认的装载因子也是0.75
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
    //默认的痤为0.75*16
        threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    //这里开始是默认的初始化大小,这里大小是16
        table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
        init();
    }
从上面的代码中,可以看出的是两者的默认大小是不同的,一个是11,一个是16

区别6内存的扩容方式,看一看源代码也是很清楚的,其实区别是不大的,看到网上一哥们写的,说两者有区别,其实真正深入源码,区别真不大,一个是2*oldCapacity+1, 一个是2*oldCapacity,你说大吗:)

//Hashtable中调整内存的函数,这个函数没有synchronize关键字,但是protected呦
protected void rehash() {
	//获取原来的表大小
	int oldCapacity = table.length;
	Entry[] oldMap = table;
  //设置新的大小为2*oldCapacity+1
	int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
	//开设空间
	Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
  //以下就不用管了。。。
	modCount++;
	threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
	table = newMap;

	for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
	    for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
		Entry<K,V> e = old;
		old = old.next;

		int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
		e.next = newMap[index];
		newMap[index] = e;
	    }
	}
    }
 //HashMap中要简单的多了,看看就知道了
 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
	Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
        table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
        //如果超过了阀值
        if (size++ >= threshold)
        //就将大小设置为原来的2倍
            resize(2 * table.length);
    }
是吧,没什么区别吧

对于区别7的哈希值计算方法的不同,源码面前,同样是了无秘密

	//Hashtable中可以看出的是直接采用关键字的hashcode作为哈希值
	int hash = key.hashCode();
	//然后进行模运算,求出所在哗然表的位置 
	int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
//HashMap中的实现
//这两行代码的意思是先计算hashcode,然后再求其在哈希表的相应位置      
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
上面的HashMap中可以看出关键在两个函数hash与indexFor

源码如下:

    static int hash(int h) {
        // 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).
        //这个我就不多说了,>>>这个是无符号右移运算符,可以理解为无符号整型
        h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
        return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
    }
   //求位于哈希表中的位置
    static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }
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