HashMap和Hashtable的詳細區別

HashMap和Hashtable的詳細區別

一、簡述：

1.安全性

Hashtable是線程安全，HashMap是非線程安全。

HashMap的性能會高於Hashtable，我們平時使用時若無特殊需求建議使用HashMap，在多線程環境下若使用HashMap需要使用 Collections.synchronizedMap() 方法來獲取一個線程安全的集合（ Collections.synchronizedMap() 實現原理是Collections定義了一個 SynchronizedMap 的內部類，這個類實現了Map接口，在調用方法時使 用synchronized 來保證線程同步

2.是否可以使用null作為key

HashMap可以使用null作為key，不過建議還是儘量避免這樣使用。HashMap以null作為key時，總是存儲在table數組的第一個節點上。而Hashtable則不允許null作為key

3.繼承了什麼，實現了什麼

HashMap繼承了AbstractMap，HashTable繼承Dictionary抽象類，兩者均實現Map接口

4.默認容量及如何擴容

HashMap的初始容量為16，Hashtable初始容量為11，兩者的填充因子默認都是0.75。

HashMap擴容時是當前容量翻倍即: capacity * 2 ，Hashtable擴容時是容量翻倍+1即: capacity * (2+1)

6.底層實現

HashMap和Hashtable的底層實現都是 數組 + 鏈表 結構實現

7.計算hash的方法不同

Hashtable計算hash是直接使用key的hashcode對table數組的長度直接進行取模

HashMap計算hash對key的hashcode進行了二次hash，以獲得更好的散列值，然後對table數組長度取模

二、詳述：

參考文章： www.cnblogs.com/xinzhao/p/5644175.html

HashMap和HashTable有什麼不同？在面試和被面試的過程中，我問過也被問過這個問題，也見過了不少回答，今天決定寫一寫自己心目中的理想答案。

代碼版本

JDK每一版本都在改進。本文討論的HashMap和HashTable基於JDK 1.7.0_67。源碼見

這裡

1. 時間

HashTable產生於JDK 1.1，而HashMap產生於JDK 1.2。從時間的維度上來看，HashMap要比HashTable出現得晚一些。

2. 作者

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
* @author Arthur van Hoff
* @author Josh Bloch
* @author Neal Gafter

以下代碼及註釋來自java.util.HashMap
 * @author Doug Lea
 * @author Josh Bloch
 * @author Arthur van Hoff
 * @author Neal Gafter

可以看到HashMap的作者多了大神Doug Lea。不瞭解Doug Lea的，可以看 這裡 。

3. 對外的接口（API）

HashMap和HashTable都是基於哈希表來實現鍵值映射的工具類。討論他們的不同，我們首先來看一下他們暴露在外的API有什麼不同。

3.1 Public Method

下面兩張圖，我畫出了HashMap和HashTable的類繼承體系，並列出了這兩個類的可供外部調用的公開方法。

從圖中可以看出，兩個類的繼承體系有些不同。雖然都實現了Map、Cloneable、Serializable三個接口。但是HashMap繼承自抽象類AbstractMap，而HashTable繼承自抽象類Dictionary。其中Dictionary類是一個已經被廢棄的類，這一點我們可以從它代碼的註釋中看到：

以下代碼及註釋來自java.util.Dictionary
 * NOTE: This class is obsolete. New implementations should
 * implement the Map interface, rather than extending this class.

同時我們看到HashTable比HashMap多了兩個公開方法。一個是elements，這來自於抽象類Dictionary，鑑於該類已經廢棄，所以這個方法也就沒什麼用處了。另一個多出來的方法是contains，這個多出來的方法也沒什麼用，因為它跟containsValue方法功能是一樣的。代碼為證：

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
 public synchronized boolean contains(Object value) {
 if (value == null) {
 throw new NullPointerException();
 }
 Entry tab[] = table;
 for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) {
 for (Entry 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); 

 }

所以從公開的方法上來看，這兩個類提供的，是一樣的功能。都提供鍵值映射的服務，可以增、刪、查、改鍵值對，可以對建、值、鍵值對提供遍歷視圖。支持淺拷貝，支持序列化。

3.2 Null Key & Null Value

HashMap是支持null鍵和null值的，而HashTable在遇到null時，會拋出NullPointerException異常。這並不是因為HashTable有什麼特殊的實現層面的原因導致不能支持null鍵和null值，這僅僅是因為HashMap在實現時對null做了特殊處理，將null的hashCode值定為了0，從而將其存放在哈希表的第0個bucket中。我們一put方法為例，看一看代碼的細節：

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
public synchronized V put(K key, V value) {
 // 如果value為null，拋出NullPointerException
 if (value == null) {
 throw new NullPointerException();
 }
 // 如果key為null，在調用key.hashCode()時拋出NullPointerException
 // ...
}
以下代碼及註釋來自java.util.HasMap
public V put(K key, V value) {
 if (table == EMPTY_TABLE) {
 inflateTable(threshold);
 }
 // 當key為null時，調用putForNullKey特殊處理 

 if (key == null)
 return putForNullKey(value);
 // ...
}
private V putForNullKey(V value) {
 // key為null時，放到table[0]也就是第0個bucket中
 for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {
 if (e.key == null) {
 V oldValue = e.value;
 e.value = value;
 e.recordAccess(this);
 return oldValue;
 }
 }
 modCount++;
 addEntry(0, null, value, 0);
 return null;
}

4. 實現原理

本節討論HashMap和HashTable在數據結構和算法層面，有什麼不同。

4.1 數據結構

HashMap和HashTable都使用哈希表來存儲鍵值對。在數據結構上是基本相同的，都創建了一個繼承自Map.Entry的私有的內部類Entry，每一個Entry對象表示存儲在哈希表中的一個鍵值對。

Entry對象唯一表示一個鍵值對，有四個屬性：

-K key 鍵對象

-V value 值對象

-int hash 鍵對象的hash值

-Entry entry 指向鏈表中下一個Entry對象，可為null，表示當前Entry對象在鏈表尾部

可以說，有多少個鍵值對，就有多少個Entry對象，那麼在HashMap和HashTable中是怎麼存儲這些Entry對象，以方便我們快速查找和修改的呢？請看下圖。

上圖畫出的是一個桶數量為8，存有5個鍵值對的HashMap/HashTable的內存佈局情況。可以看到HashMap/HashTable內部創建有一個Entry類型的引用數組，用來表示哈希表，數組的長度，即是哈希桶的數量。而數組的每一個元素都是一個Entry引用，從Entry對象的屬性裡，也可以看出其是鏈表的節點，每一個Entry對象內部又含有另一個Entry對象的引用。

這樣就可以得出結論，HashMap/HashTable內部用Entry數組實現哈希表，而對於映射到同一個哈希桶（數組的同一個位置）的鍵值對，使用Entry鏈表來存儲(解決hash衝突)。

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
/**
 * The hash table data.
 */
private transient Entry[] table;
以下代碼及註釋來自java.util.HashMap
/**
 * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
 */
transient Entry[] table = (Entry[]) EMPTY_TABLE;

從代碼可以看到，對於哈希桶的內部表示，兩個類的實現是一致的。

4.2 算法

上一小節已經說了用來表示哈希表的內部數據結構。HashMap/HashTable還需要有算法來將給定的鍵key，映射到確定的hash桶（數組位置）。需要有算法在哈希桶內的鍵值對多到一定程度時，擴充哈希表的大小（數組的大小）。本小節比較這兩個類在算法層面有哪些不同。

初始容量大小和每次擴充容量大小的不同。先看代碼：

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
// 哈希表默認初始大小為11
public Hashtable() {
 this(11, 0.75f);
}
protected void rehash() {
 int oldCapacity = table.length;
 Entry[] oldMap = table;
 // 每次擴容為原來的2n+1
 int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
 // ...
}
以下代碼及註釋來自java.util.HashMap
// 哈希表默認初始大小為2^4=16
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // aka 16
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
 // 每次擴充為原來的2n 
 if ((size >= threshold) && (null != table[bucketIndex])) {
 resize(2 * table.length);
}

可以看到HashTable默認的初始大小為11，之後每次擴充為原來的2n+1。HashMap默認的初始化大小為16，之後每次擴充為原來的2倍。還有我沒列出代碼的一點，就是如果在創建時給定了初始化大小，那麼HashTable會直接使用你給定的大小，而HashMap會將其擴充為2的冪次方大小。

也就是說HashTable會盡量使用素數、奇數。而HashMap則總是使用2的冪作為哈希表的大小。我們知道當哈希表的大小為素數時，簡單的取模哈希的結果會更加均勻（具體證明，見這篇

文章），所以單從這一點上看，HashTable的哈希表大小選擇，似乎更高明些。但另一方面我們又知道，在取模計算時，如果模數是2的冪，那麼我們可以直接使用位運算來得到結果，效率要大大高於做除法。所以從hash計算的效率上，又是HashMap更勝一籌。

所以，事實就是HashMap為了加快hash的速度，將哈希表的大小固定為了2的冪。當然這引入了哈希分佈不均勻的問題，所以HashMap為解決這問題，又對hash算法做了一些改動。具體我們來看看，在獲取了key對象的hashCode之後，HashTable和HashMap分別是怎樣將他們hash到確定的哈希桶（Entry數組位置）中的。

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
// hash 不能超過Integer.MAX_VALUE 所以要取其最小的31個bit
int hash = hash(key);
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
// 直接計算key.hashCode()
private int hash(Object k) {
 // hashSeed will be zero if alternative hashing is disabled.
 return hashSeed ^ k.hashCode();
}
以下代碼及註釋來自java.util.HashMap
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
// 在計算了key.hashCode()之後，做了一些位運算來減少哈希衝突
final int hash(Object k) {
 int h = hashSeed;
 if (0 != h && k instanceof String) {
 return sun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); 

 }
 h ^= 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);
}
// 取模不再需要做除法
static int indexFor(int h, int length) {
 // assert Integer.bitCount(length) == 1 : "length must be a non-zero power of 2";
 return h & (length-1);
}

正如我們所言，HashMap由於使用了2的冪次方，所以在取模運算時不需要做除法，只需要位的與運算就可以了。但是由於引入的hash衝突加劇問題，HashMap在調用了對象的hashCode方法之後，又做了一些位運算在打散數據。關於這些位計算為什麼可以打散數據的問題，本文不再展開了。感興趣的可以看 這裡 。

如果你有細心讀代碼，還可以發現一點，就是HashMap和HashTable在計算hash時都用到了一個叫hashSeed的變量。這是因為映射到同一個hash桶內的Entry對象，是以鏈表的形式存在的，而鏈表的查詢效率比較低，所以HashMap/HashTable的效率對哈希衝突非常敏感，所以可以額外開啟一個可選hash（hashSeed），從而減少哈希衝突。因為這是兩個類相同的一點，所以本文不再展開了，感興趣的看

這裡 。事實上，這個優化在JDK 1.8中已經去掉了，因為JDK 1.8中，映射到同一個哈希桶（數組位置）的Entry對象，使用了紅黑樹來存儲，從而大大加速了其查找效率。

5. 線程安全

我們說HashTable是同步的，HashMap不是，也就是說HashTable在多線程使用的情況下，不需要做額外的同步，而HashMap則不行。那麼HashTable是怎麼做到的呢？

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
public synchronized V get(Object key) {
 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.key.equals(key)) {
 return e.value;
 }
 }
 return null;
}
public Set keySet() {
 if (keySet == null)
 keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this);
 return keySet;
}

可以看到，也比較簡單，就是公開的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍歷視圖比如keySet都使用了Collections.synchronizedXXX進行了同步包裝。

6. 代碼風格

從我的品位來看，HashMap的代碼要比HashTable整潔很多。下面這段HashTable的代碼，我就覺著有點混亂，不太能接受這種代碼複用的方式。

以下代碼及註釋來自java.util.HashTable
/**
 * A hashtable enumerator class. This class implements both the
 * Enumeration and Iterator interfaces, but individual instances
 * can be created with the Iterator methods disabled. This is necessary
 * to avoid unintentionally increasing the capabilities granted a user
 * by passing an Enumeration.
 */
private class Enumerator implements Enumeration, Iterator {
 Entry[] table = Hashtable.this.table;
 int index = table.length;
 Entry entry = null;
 Entry lastReturned = null;
 int type;
 /**
 * Indicates whether this Enumerator is serving as an Iterator
 * or an Enumeration. (true -> Iterator).
 */
 boolean iterator;
 /**
 * The modCount value that the iterator believes that the backing
 * Hashtable should have. If this expectation is violated, the iterator
 * has detected concurrent modification.
 */
 protected int expectedModCount = modCount;
 Enumerator(int type, boolean iterator) {
 this.type = type;
 this.iterator = iterator;
 }
 
 //...
} 

7. HashTable已經被淘汰了，不要在代碼中再使用它。

以下描述來自於HashTable的類註釋：

If a thread-safe implementation is not needed, it is recommended to use HashMap in place of Hashtable. If a thread-safe highly-concurrent implementation is desired, then it is recommended to use java.util.concurrent.ConcurrentHashMap in place of Hashtable.

簡單來說就是，如果你不需要線程安全，那麼使用HashMap，如果需要線程安全，那麼使用ConcurrentHashMap。HashTable已經被淘汰了，不要在新的代碼中再使用它。

8. 持續優化

雖然HashMap和HashTable的公開接口應該不會改變，或者說改變不頻繁。但每一版本的JDK，都會對HashMap和HashTable的內部實現做優化，比如上文曾提到的JDK 1.8的紅黑樹優化。所以，儘可能的使用新版本的JDK吧，除了那些炫酷的新功能，普通的API也會有性能上有提升。

為什麼HashTable已經淘汰了，還要優化它？因為有老的代碼還在使用它，所以優化了它之後，這些老的代碼也能獲得性能提升。

Reference

• https://github.com/ZhaoX/jdk-1.7-annotated/blob/master/src/java/util/HashMap.java
• https://github.com/ZhaoX/jdk-1.7-annotated/blob/master/src/java/util/Hashtable.java