深入解析HashMap与HashTable的区别及源码

在Java编程语言中，HashMap与HashTable是两个用于存储键值对(key-value pair)的集合类，它们都是基于散列表（哈希表）的Map接口的实现。尽管二者功能相似，但它们之间存在一些本质的区别。本文将深入分析二者之间的差异，并通过源码进行说明。 ### 1. 同步性 最显著的区别之一在于线程安全性的不同。HashTable是同步的，它适用于多线程环境，而HashMap则是非同步的，它不是线程安全的。在多线程环境下，如果多个线程同时访问一个公共的HashMap实例而没有任何同步措施，可能会导致数据不一致的问题。而HashTable通过内部方法进行了同步处理，任何时刻只有一个线程能够修改表。 ### 2. Null键和Null值 在HashMap中，可以有最多一个键为Null，以及最多一个值为Null。而在HashTable中，键和值都不允许为Null。尝试插入Null键或值会抛出NullPointerException异常。 ### 3. 性能 由于HashTable是一个同步的容器，所以它在多线程环境下有更好的性能表现，因为其对操作进行了同步。然而在单线程环境下，由于没有同步开销，HashMap通常会比HashTable有稍好的性能，尤其是在进行put和get操作时。 ### 4. 继承的结构 HashMap继承自AbstractMap类，而HashTable继承自Dictionary类。从设计上看，HashMap更为现代，它提供了对Map接口的更佳实现。而HashTable的许多方法都是直接从Dictionary类继承而来的。 ### 5. 容量和扩容 HashMap允许通过构造函数设置初始容量和负载因子。而HashTable只允许设置初始容量，它的负载因子是固定的0.75。此外，HashMap的扩容机制是通过rehashing实现的，它将创建一个新的bucket数组，并重新分配原有元素到新的bucket中，这个过程涉及较多的计算开销。而HashTable同样在扩容时需要进行rehashing，但其算法和HashMap不同。 ### 源码分析 #### HashMap.java 我们来看HashMap的部分源码片段： ```java public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> { // 默认初始容量为16 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4; // 默认负载因子为0.75 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; // Entry是HashMap中的内部类，用于存储键值对 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final K key; V value; Entry<K,V> next; int hash; Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) { value = v; next = n; key = k; hash = h; } } transient Entry[] table; ... public V put(K key, V value) { if (table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } if (key == null) return putForNullKey(value); int hash = hash(key.hashCode()); int i = indexFor(hash, table.length); for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) { Object k; if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) { V oldValue = e.value; e.value = value; e.recordAccess(this); return oldValue; } } modCount++; addEntry(hash, key, value, i); return null; } ... } ``` 从上面的源码中，我们可以看到HashMap的一些内部实现，包括使用Entry数组存储键值对，以及在put方法中通过hash算法计算键的散列值并定位到数组的具体位置。 #### HashTable.java HashTable的部分源码如下： ```java public class HashTable<K,V> extends Dictionary<K,V> implements Map<K,V> { private transient Entry<K,V>[] table; private transient int count; private int threshold; private float loadFactor; private static final int ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD_DEFAULT = Integer.MAX_VALUE; private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { final int hash; final K key; V value; Entry<K,V> next; protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) { this.hash = hash; this.key = key; this.value = value; this.next = next; } ... } public synchronized V put(K key, V value) { // Make sure the value is not null if (value == null) { throw new NullPointerException(); } // Makes sure the key is not already in the hashtable. 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; } } modCount++; if (count >= threshold) { rehash(); tab = table; index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; } // Creates the new entry. Entry<K,V> e = tab[index]; tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e); count++; return null; } ... } ``` 我们可以看到，HashTable的put方法被synchronized修饰，保证了线程安全。同样，它使用Entry数组来存储数据，并在插入时检查是否已经有相同键的元素存在。 ### 总结 从上述分析可知，尽管HashMap和HashTable都实现了Map接口，提供了类似的存储和访问机制，但它们在设计时的侧重点不同。HashMap提供了更高的灵活性和效率，适合单线程环境或对同步要求不高的多线程环境。而HashTable则提供线程安全的保证，在需要同步访问的多线程环境中表现更佳。程序员在选择使用哪个集合类时，应根据实际的应用场景和性能要求来进行合理的选择。