Hashtable 简介

和HashMap一样，Hashtable 也是一个散列表，它存储的内容是键值对(key-value)映射。

Hashtable 继承于Dictionary，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。

Hashtable 的函数都是同步的，这意味着它是线程安全的。它的key、value都不可以为null。此外，Hashtable中的映射不是有序的。

Hashtable 的实例有两个参数影响其性能：初始容量和加载因子。

初始容量 容量是哈希表中桶的数量，初始容量就是哈希表创建时的容量。
注意，哈希表的状态为 open：在发生“哈希冲突”的情况下，单个桶会存储多个条目，这些条目必须按顺序搜索。
加载因子 是对哈希表在其容量自动增加之前可以达到多满的一个尺度。初始容量和加载因子这两个参数只是对该实现的提示。关于何时以及是否调用 rehash 方法的具体细节则依赖于该实现。

通常，默认加载因子是 0.75, 这是在时间和空间成本上寻求一种折衷。加载因子过高虽然减少了空间开销，但同时也增加了查找某个条目的时间（在大多数 Hashtable 操作中，包括 get 和 put 操作，都反映了这一点）。

Hashtable的构造函数

// 默认构造函数。
public Hashtable() 

// 指定“容量大小”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity) 

// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) 

// 包含“子Map”的构造函数
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t)
``` 

# Hashtable的API
```java
synchronized void                clear()
synchronized Object              clone()
             boolean             contains(Object value)
synchronized boolean             containsKey(Object key)
synchronized boolean             containsValue(Object value)
synchronized Enumeration<V>      elements()
synchronized Set<Entry<K, V>>    entrySet()
synchronized boolean             equals(Object object)
synchronized V                   get(Object key)
synchronized int                 hashCode()
synchronized boolean             isEmpty()
synchronized Set<K>              keySet()
synchronized Enumeration<K>      keys()
synchronized V                   put(K key, V value)
synchronized void                putAll(Map<? extends K, ? extends V> map)
synchronized V                   remove(Object key)
synchronized int                 size()
synchronized String              toString()
synchronized Collection<V>       values()

Hashtable数据结构

Hashtable的继承关系

java.lang.Object
   ↳     java.util.Dictionary<K, V>
         ↳     java.util.Hashtable<K, V>

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

Hashtable与Map关系如下图：

从图中可以看出：

Hashtable继承于Dictionary类，实现了Map接口。Map是”key-value键值对”接口，Dictionary是声明了操作”键值对”函数接口的抽象类。
Hashtable是通过”拉链法”实现的哈希表。它包括几个重要的成员变量：table, count, threshold, loadFactor, modCount。
1. table 是一个Entry[]数组类型，而Entry实际上就是一个单向链表。哈希表的”key-value键值对”都是存储在Entry数组中的。
2. count 是Hashtable的大小，它是Hashtable保存的键值对的数量。
3. threshold 是Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值=”容量*加载因子”。
4. loadFactor 就是加载因子。
5. modCount 是用来实现fail-fast机制的。

Hashtable源码解析(基于JDK1.6.0_45)

为了更了解Hashtable的原理，下面对Hashtable源码代码作出分析。

在阅读源码时，建议参考后面的说明来建立对Hashtable的整体认识，这样更容易理解Hashtable。

说明: 在详细介绍Hashtable的代码之前，我们需要了解：和Hashmap一样，Hashtable也是一个散列表，它也是通过“拉链法”解决哈希冲突的。

package java.util;
import java.io.*;

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

    // Hashtable保存key-value的数组。
    // Hashtable是采用拉链法实现的，每一个Entry本质上是一个单向链表
    private transient Entry[] table;

    // Hashtable中元素的实际数量
    private transient int count;

    // 阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量（threshold = 容量*加载因子）
    private int threshold;

    // 加载因子
    private float loadFactor;

    // Hashtable被改变的次数
    private transient int modCount = 0;

    // 序列版本号
    private static final long serialVersionUID = 1421746759512286392L;

    // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
    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”的构造函数
    public Hashtable(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0.75f);
    }

    // 默认构造函数。
    public Hashtable() {
        // 默认构造函数，指定的容量大小是11；加载因子是0.75
        this(11, 0.75f);
    }

    // 包含“子Map”的构造函数
    public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
        this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
        // 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中
        putAll(t);
    }

    public synchronized int size() {
        return count;
    }

    public synchronized boolean isEmpty() {
        return count == 0;
    }

    // 返回“所有key”的枚举对象
    public synchronized Enumeration<K> keys() {
        return this.<K>getEnumeration(KEYS);
    }

    // 返回“所有value”的枚举对象
    public synchronized Enumeration<V> elements() {
        return this.<V>getEnumeration(VALUES);
    }

    // 判断Hashtable是否包含“值(value)”
    public synchronized boolean contains(Object value) {
        // Hashtable中“键值对”的value不能是null，
        // 若是null的话，抛出异常!
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)
        // 对于每个Entry(单向链表)，逐个遍历，判断节点的值是否等于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);
    }

    // 判断Hashtable是否包含key
    public synchronized boolean containsKey(Object key) {
        Entry tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        // 计算索引值，
        // % tab.length 的目的是防止数据越界
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与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对应的value，没有的话返回null
    public synchronized V get(Object key) {
        Entry tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        // 计算索引值，
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与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;
    }

    // 调整Hashtable的长度，将长度变成原来的(2倍+1)
    // (01) 将“旧的Entry数组”赋值给一个临时变量。
    // (02) 创建一个“新的Entry数组”，并赋值给“旧的Entry数组”
    // (03) 将“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry数组”中
    protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        Entry[] oldMap = table;

        int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
        Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];

        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;
            }
        }
    }

    // 将“key-value”添加到Hashtable中
    public synchronized V put(K key, V value) {
        // Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
        // 则用“新的value”替换“旧的value”
        Entry tab[] = table;
        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)) {
                V old = e.value;
                e.value = value;
                return old;
            } 
        }

        // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
        // (01) 将“修改统计数”+1
        modCount++;
        // (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
        //  则调整Hashtable的大小
        if (count >= threshold) {
            // Rehash the table if the threshold is exceeded
            rehash();

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

        // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中
        Entry<K,V> e = tab[index];
        // (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。        
        tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
        // (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
        count++;
        return null;
    }

    // 删除Hashtable中键为key的元素
    public synchronized V remove(Object key) {
        Entry tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        // 找到“key对应的Entry(链表)”
        // 然后在链表中找出要删除的节点，并删除该节点。
        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;
    }

    // 将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到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
    // 将Hashtable的table数组的值全部设为null
    public synchronized void clear() {
        Entry tab[] = table;
        modCount++;
        for (int index = tab.length; --index >= 0; )
            tab[index] = null;
        count = 0;
    }

    // 克隆一个Hashtable，并以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) {
            // this shouldn't happen, since we are Cloneable
            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(", ");
        }
    }

    // 获取Hashtable的枚举类对象
    // 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象；
    // 否则，返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)
    private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) {
    if (count == 0) {
        return (Enumeration<T>)emptyEnumerator;
    } else {
        return new Enumerator<T>(type, false);
    }
    }

    // 获取Hashtable的迭代器
    // 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空迭代器”对象；
    // 否则，返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)
    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”。它是一个Set，意味着没有重复元素
    private transient volatile Set<K> keySet = null;
    // Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Set，意味着没有重复元素
    private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null;
    // Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Collection，意味着可以有重复元素
    private transient volatile Collection<V> values = null;

    // 返回一个被synchronizedSet封装后的KeySet对象
    // synchronizedSet封装的目的是对KeySet的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步
    public Set<K> keySet() {
        if (keySet == null)
            keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
        return keySet;
    }

    // Hashtable的Key的Set集合。
    // KeySet继承于AbstractSet，所以，KeySet中的元素没有重复的。
    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();
        }
    }

    // 返回一个被synchronizedSet封装后的EntrySet对象
    // synchronizedSet封装的目的是对EntrySet的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步
    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继承于AbstractSet，所以，EntrySet中的元素没有重复的。
    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);
        }

        // 查找EntrySet中是否包含Object(0)
        // 首先，在table中找到o对应的Entry(Entry是一个单向链表)
        // 然后，查找Entry链表中是否存在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 = key.hashCode();
            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;
        }

        // 删除元素Object(0)
        // 首先，在table中找到o对应的Entry(Entry是一个单向链表)
        // 然后，删除链表中的元素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 = key.hashCode();
            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();
        }
    }

    // 返回一个被synchronizedCollection封装后的ValueCollection对象
    // synchronizedCollection封装的目的是对ValueCollection的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步
    public Collection<V> values() {
    if (values==null)
        values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(),
                                                        this);
        return values;
    }

    // Hashtable的value的Collection集合。
    // ValueCollection继承于AbstractCollection，所以，ValueCollection中的元素可以重复的。
    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()函数
    // 若两个Hashtable的所有key-value键值对都相等，则判断它们两个相等
    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 {
            // 通过迭代器依次取出当前Hashtable的key-value键值对
            // 并判断该键值对，存在于Hashtable(o)中。
            // 若不存在，则立即返回false；否则，遍历完“当前Hashtable”并返回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;
    }

    // 计算Hashtable的哈希值
    // 若 Hashtable的实际大小为0 或者 加载因子<0，则返回0。
    // 否则，返回“Hashtable中的每个Entry的key和value的异或值 的总和”。
    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的写入函数
    // 将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中
    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的读取函数：根据写入方式读出
    // 将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出
    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节点，它本质上是一个单向链表。
    // 也因此，我们才能推断出Hashtable是由拉链法实现的散列表
    private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        // 哈希值
        int hash;
        K key;
        V value;
        // 指向的下一个Entry，即链表的下一个节点
        Entry<K,V> next;

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

        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;
        }

        // 设置value。若value是null，则抛出异常。
        public V setValue(V value) {
            if (value == null)
                throw new NullPointerException();

            V oldValue = this.value;
            this.value = value;
            return oldValue;
        }

        // 覆盖equals()方法，判断两个Entry是否相等。
        // 若两个Entry的key和value都相等，则认为它们相等。
        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“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。因为，它同时实现了 “Enumerator接口”和“Iterator接口”。
    private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
        // 指向Hashtable的table
        Entry[] table = Hashtable.this.table;
        // Hashtable的总的大小
        int index = table.length;
        Entry<K,V> entry = null;
        Entry<K,V> lastReturned = null;
        int type;

        // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
        // iterator为true，表示它是迭代器；否则，是枚举类。
        boolean iterator;

        // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到，用来实现fail-fast机制。
        protected int expectedModCount = modCount;

        Enumerator(int type, boolean iterator) {
            this.type = type;
            this.iterator = iterator;
        }

        // 从遍历table的数组的末尾向前查找，直到找到不为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;
        }

        // 获取下一个元素
        // 注意：从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
        // 首先，从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
        // 然后，依次向后遍历单向链表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的判断是否存在下一个元素
        // 实际上，它是调用的hasMoreElements()
        public boolean hasNext() {
            return hasMoreElements();
        }

        // 迭代器获取下一个元素
        // 实际上，它是调用的nextElement()
        public T next() {
            if (modCount != expectedModCount)
                throw new ConcurrentModificationException();
            return nextElement();
        }

        // 迭代器的remove()接口。
        // 首先，它在table数组中找出要删除元素所在的Entry，
        // 然后，删除单向链表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();

    // 空枚举类
    // 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过Enumeration遍历Hashtable时，返回的是“空枚举类”的对象。
    private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> {

        EmptyEnumerator() {
        }

        // 空枚举类的hasMoreElements() 始终返回false
        public boolean hasMoreElements() {
            return false;
        }

        // 空枚举类的nextElement() 抛出异常
        public Object nextElement() {
            throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
        }
    }


    // 空迭代器
    // 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过迭代器遍历Hashtable时，返回的是“空迭代器”的对象。
    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");
        }

    }
}

Hashtable的“拉链法”相关内容

Hashtable数据存储数组

1	private transient Entry[] table;

Hashtable中的key-value都是存储在table数组中的。

数据节点Entry的数据结构

private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    // 哈希值
    int hash;
    K key;
    V value;
    // 指向的下一个Entry，即链表的下一个节点
    Entry<K,V> next;

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

    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;
    }

    // 设置value。若value是null，则抛出异常。
    public V setValue(V value) {
        if (value == null)
            throw new NullPointerException();

        V oldValue = this.value;
        this.value = value;
        return oldValue;
    }

    // 覆盖equals()方法，判断两个Entry是否相等。
    // 若两个Entry的key和value都相等，则认为它们相等。
    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();
    }
}

从中，我们可以看出 Entry 实际上就是一个单向链表。这也是为什么我们说Hashtable是通过拉链法解决哈希冲突的。

Entry 实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数。这些都是基本的读取/修改key、value值的函数。

Hashtable的构造函数

Hashtable共包括4个构造函数

// 默认构造函数。
public Hashtable() {
    // 默认构造函数，指定的容量大小是11；加载因子是0.75
    this(11, 0.75f);
}

// 指定“容量大小”的构造函数
public Hashtable(int initialCapacity) {
    this(initialCapacity, 0.75f);
}

// 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数
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);
}

// 包含“子Map”的构造函数
public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
    this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
    // 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中
    putAll(t);
}

Hashtable的主要对外接口

clear()

clear() 的作用是清空Hashtable。它是将Hashtable的table数组的值全部设为null

public synchronized void clear() {
    Entry tab[] = table;
    modCount++;
    for (int index = tab.length; --index >= 0; )
        tab[index] = null;
    count = 0;
}

contains() 和 containsValue()

contains() 和 containsValue() 的作用都是判断Hashtable是否包含“值(value)”

public boolean containsValue(Object value) {
    return contains(value);
}

public synchronized boolean contains(Object value) {
    // Hashtable中“键值对”的value不能是null，
    // 若是null的话，抛出异常!
    if (value == null) {
        throw new NullPointerException();
    }

    // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry)
    // 对于每个Entry(单向链表)，逐个遍历，判断节点的值是否等于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;
}

containsKey()

containsKey() 的作用是判断Hashtable是否包含key

public synchronized boolean containsKey(Object key) {
    Entry tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    // 计算索引值，
    // % tab.length 的目的是防止数据越界
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与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;
}

elements()

elements() 的作用是返回“所有value”的枚举对象

public synchronized Enumeration<V> elements() {
    return this.<V>getEnumeration(VALUES);
}

// 获取Hashtable的枚举类对象
private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) {
    if (count == 0) {
        return (Enumeration<T>)emptyEnumerator;
    } else {
        return new Enumerator<T>(type, false);
    }
}

从中，我们可以看出：

若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象emptyEnumerator；
否则，返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口)

我们先看看emptyEnumerator对象是如何实现的

private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator();

// 空枚举类
// 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过Enumeration遍历Hashtable时，返回的是“空枚举类”的对象。
private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> {

    EmptyEnumerator() {
    }

    // 空枚举类的hasMoreElements() 始终返回false
    public boolean hasMoreElements() {
        return false;
    }

    // 空枚举类的nextElement() 抛出异常
    public Object nextElement() {
        throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
    }
}

我们在来看看Enumeration类

Enumerator的作用是提供了“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。因为，它同时实现了 “Enumerator接口”和“Iterator接口”。

private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
    // 指向Hashtable的table
    Entry[] table = Hashtable.this.table;
    // Hashtable的总的大小
    int index = table.length;
    Entry<K,V> entry = null;
    Entry<K,V> lastReturned = null;
    int type;

    // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志
    // iterator为true，表示它是迭代器；否则，是枚举类。
    boolean iterator;

    // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到，用来实现fail-fast机制。
    protected int expectedModCount = modCount;

    Enumerator(int type, boolean iterator) {
        this.type = type;
        this.iterator = iterator;
    }

    // 从遍历table的数组的末尾向前查找，直到找到不为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;
    }

    // 获取下一个元素
    // 注意：从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式”
    // 首先，从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。
    // 然后，依次向后遍历单向链表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的判断是否存在下一个元素
    // 实际上，它是调用的hasMoreElements()
    public boolean hasNext() {
        return hasMoreElements();
    }

    // 迭代器获取下一个元素
    // 实际上，它是调用的nextElement()
    public T next() {
        if (modCount != expectedModCount)
            throw new ConcurrentModificationException();
        return nextElement();
    }

    // 迭代器的remove()接口。
    // 首先，它在table数组中找出要删除元素所在的Entry，
    // 然后，删除单向链表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();
        }
    }
}

entrySet(), keySet(), keys(), values()的实现方法和elements()差不多，而且源码中已经明确的给出了注释。这里就不再做过多说明了。

get()

get() 的作用就是获取key对应的value，没有的话返回null

public synchronized V get(Object key) {
    Entry tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    // 计算索引值，
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与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;
}

put()

put() 的作用是对外提供接口，让Hashtable对象可以通过put()将“key-value”添加到Hashtable中。

public synchronized V put(K key, V value) {
    // Hashtable中不能插入value为null的元素！！！
    if (value == null) {
        throw new NullPointerException();
    }

    // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”，
    // 则用“新的value”替换“旧的value”
    Entry tab[] = table;
    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)) {
            V old = e.value;
            e.value = value;
            return old;
            }
    }

    // 若“Hashtable中不存在键为key的键值对”，
    // (01) 将“修改统计数”+1
    modCount++;
    // (02) 若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子)
    //  则调整Hashtable的大小
    if (count >= threshold) {
        // Rehash the table if the threshold is exceeded
        rehash();

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

    // (03) 将“Hashtable中index”位置的Entry(链表)保存到e中
    Entry<K,V> e = tab[index];
    // (04) 创建“新的Entry节点”，并将“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，并设置e为“新的Entry”的下一个元素(即“新Entry”为链表表头)。        
    tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
    // (05) 将“Hashtable的实际容量”+1
    count++;
    return null;
}

putAll()

putAll() 的作用是将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到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());
}

remove()

remove() 的作用就是删除Hashtable中键为key的元素

public synchronized V remove(Object key) {
    Entry tab[] = table;
    int hash = key.hashCode();
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
    // 找到“key对应的Entry(链表)”
    // 然后在链表中找出要删除的节点，并删除该节点。
    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;
}

Hashtable实现的Cloneable接口

Hashtable实现了Cloneable接口，即实现了clone()方法。
clone()方法的作用很简单，就是克隆一个Hashtable对象并返回。

// 克隆一个Hashtable，并以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) {
        // this shouldn't happen, since we are Cloneable
        throw new InternalError();
    }
}

Hashtable实现的Serializable接口

Hashtable实现java.io.Serializable，分别实现了串行读取、写入功能。

串行写入函数就是将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中
串行读取函数：根据写入方式读出将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出

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;
        }
    }
}

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;
}

Hashtable遍历方式

遍历Hashtable的键值对

第一步：根据entrySet()获取Hashtable的“键值对”的Set集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设table是Hashtable对象
// table中的key是String类型，value是Integer类型
Integer integ = null;
Iterator iter = table.entrySet().iterator();
while(iter.hasNext()) {
    Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();
    // 获取key
    key = (String)entry.getKey();
        // 获取value
    integ = (Integer)entry.getValue();
}

通过Iterator遍历Hashtable的键

第一步：根据keySet()获取Hashtable的“键”的Set集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设table是Hashtable对象
// table中的key是String类型，value是Integer类型
String key = null;
Integer integ = null;
Iterator iter = table.keySet().iterator();
while (iter.hasNext()) {
        // 获取key
    key = (String)iter.next();
        // 根据key，获取value
    integ = (Integer)table.get(key);
}

通过Iterator遍历Hashtable的值

第一步：根据value()获取Hashtable的“值”的集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。

// 假设table是Hashtable对象
// table中的key是String类型，value是Integer类型
Integer value = null;
Collection c = table.values();
Iterator iter= c.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    value = (Integer)iter.next();
}

通过Enumeration遍历Hashtable的键

第一步：根据keys()获取Hashtable的集合。
第二步：通过Enumeration遍历“第一步”得到的集合。

Enumeration enu = table.keys();
while(enu.hasMoreElements()) {
    System.out.println(enu.nextElement());
}

通过Enumeration遍历Hashtable的值

第一步：根据elements()获取Hashtable的集合。
第二步：通过Enumeration遍历“第一步”得到的集合。

Enumeration enu = table.elements();
while(enu.hasMoreElements()) {
    System.out.println(enu.nextElement());
}

遍历测试程序如下：

import java.util.*;

/*
 * @desc Hashtable的测试程序。
 */
public class HashtableTest {
    public static void main(String[] args) {
        testHashtableAPIs();
    }

    private static void testHashtableAPIs() {
        // 初始化随机种子
        Random r = new Random();
        // 新建Hashtable
        Hashtable table = new Hashtable();
        // 添加操作
        table.put("one", r.nextInt(10));
        table.put("two", r.nextInt(10));
        table.put("three", r.nextInt(10));

        // 打印出table
        System.out.println("table:"+table );

        // 通过Iterator遍历key-value
        Iterator iter = table.entrySet().iterator();
        while(iter.hasNext()) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();
            System.out.println("next : "+ entry.getKey() +" - "+entry.getValue());
        }

        // Hashtable的键值对个数        
        System.out.println("size:"+table.size());

        // containsKey(Object key) :是否包含键key
        System.out.println("contains key two : "+table.containsKey("two"));
        System.out.println("contains key five : "+table.containsKey("five"));

        // containsValue(Object value) :是否包含值value
        System.out.println("contains value 0 : "+table.containsValue(new Integer(0)));

        // remove(Object key) ： 删除键key对应的键值对
        table.remove("three");

        System.out.println("table:"+table );

        // clear() ： 清空Hashtable
        table.clear();

        // isEmpty() : Hashtable是否为空
        System.out.println((table.isEmpty()?"table is empty":"table is not empty") );
    }

}

Hashtable示例

下面通过一个实例来学习如何使用Hashtable。

import java.util.*;

/*
 * @desc Hashtable的测试程序。
 */
public class HashtableTest {
    public static void main(String[] args) {
        testHashtableAPIs();
    }

    private static void testHashtableAPIs() {
        // 初始化随机种子
        Random r = new Random();
        // 新建Hashtable
        Hashtable table = new Hashtable();
        // 添加操作
        table.put("one", r.nextInt(10));
        table.put("two", r.nextInt(10));
        table.put("three", r.nextInt(10));

        // 打印出table
        System.out.println("table:"+table );

        // 通过Iterator遍历key-value
        Iterator iter = table.entrySet().iterator();
        while(iter.hasNext()) {
            Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next();
            System.out.println("next : "+ entry.getKey() +" - "+entry.getValue());
        }

        // Hashtable的键值对个数        
        System.out.println("size:"+table.size());

        // containsKey(Object key) :是否包含键key
        System.out.println("contains key two : "+table.containsKey("two"));
        System.out.println("contains key five : "+table.containsKey("five"));

        // containsValue(Object value) :是否包含值value
        System.out.println("contains value 0 : "+table.containsValue(new Integer(0)));

        // remove(Object key) ： 删除键key对应的键值对
        table.remove("three");

        System.out.println("table:"+table );

        // clear() ： 清空Hashtable
        table.clear();

        // isEmpty() : Hashtable是否为空
        System.out.println((table.isEmpty()?"table is empty":"table is not empty") );
    }

}

(某一次)运行结果：

table:{two=5, one=0, three=6}
next : two - 5
next : one - 0
next : three - 6
size:3
contains key two : true
contains key five : false
contains value 0 : true
table:{two=5, one=0}
table is empty

Java 集合系列11之 Hashtable详细介绍

2016-12-11
source analysis

Java 集合系列11之 Hashtable详细介绍

Hashtable 简介

Hashtable的构造函数

Hashtable数据结构

Hashtable源码解析(基于JDK1.6.0_45)

Hashtable的“拉链法”相关内容

Hashtable数据存储数组

数据节点Entry的数据结构

Hashtable的构造函数

Hashtable的主要对外接口

clear()

contains() 和 containsValue()

containsKey()

elements()

get()

put()

putAll()

remove()

Hashtable实现的Cloneable接口

Hashtable实现的Serializable接口

Hashtable遍历方式

遍历Hashtable的键值对

通过Iterator遍历Hashtable的键

通过Iterator遍历Hashtable的值

通过Enumeration遍历Hashtable的键

通过Enumeration遍历Hashtable的值

遍历测试程序如下：

Hashtable示例