Map總結(HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap等使用場景)
學完了Map的全部內容，我們再回頭開開Map的框架圖。
本章內容包括：
第1部分 Map概括
第2部分 HashMap和Hashtable異同
第3部分 HashMap和WeakHashMap異同
轉載請註明出處：http://www.cnblogs.com/skywang12345/admin/EditPosts.aspx?postid=3311126
第1部分 Map概括
(01) Map 是“鍵值對”映射的抽象接口。
(02) AbstractMap 實現了Map中的絕大部分函數接口。它減少了“Map的實現類”的重復編碼。
(03) SortedMap 有序的“鍵值對”映射接口。
(04) NavigableMap 是繼承於SortedMap的，支持導航函數的接口。
(05) HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap這4個類是“鍵值對”映射的實現類。它們各有區別！
HashMap 是基於“拉鏈法”實現的散列表。一般用於單線程程序中。
Hashtable 也是基於“拉鏈法”實現的散列表。它一般用於多線程程序中。
WeakHashMap 也是基於“拉鏈法”實現的散列表，它一般也用於單線程程序中。相比HashMap，WeakHashMap中的鍵是“弱鍵”，當“弱鍵”被GC回收時，它對應的鍵值對也會被從WeakHashMap中刪除；而HashMap中的鍵是強鍵。
TreeMap 是有序的散列表，它是通過紅黑樹實現的。它一般用於單線程中存儲有序的映射。
第2部分 HashMap和Hashtable異同
第2.1部分 HashMap和Hashtable的相同點
HashMap和Hashtable都是存儲“鍵值對(key-value)”的散列表，而且都是采用拉鏈法實現的。
存儲的思想都是：通過table數組存儲，數組的每一個元素都是一個Entry；而一個Entry就是一個單向鏈表，Entry鏈表中的每一個節點就保存了key-value鍵值對數據。
添加key-value鍵值對：首先，根據key值計算出哈希值，再計算出數組索引(即，該key-value在table中的索引)。然後，根據數組索引找到Entry(即，單向鏈表)，再遍歷單向鏈表，將key和鏈表中的每一個節點的key進行對比。若key已經存在Entry鏈表中，則用該value值取代舊的value值；若key不存在Entry鏈表中，則新建一個key-value節點，並將該節點插入Entry鏈表的表頭位置。
刪除key-value鍵值對
上面介紹了HashMap和Hashtable的相同點。正是由於它們都是散列表，我們關註更多的是“它們的區別，以及它們分別適合在什麽情況下使用”。那接下來，我們先看看它們的區別。
第2.2部分 HashMap和Hashtable的不同點
1 繼承和實現方式不同
HashMap 繼承於AbstractMap，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
Hashtable 繼承於Dictionary，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
HashMap的定義:
public class HashMap<K,V>
extends AbstractMap<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { ... }
Hashtable的定義:
public class Hashtable<K,V>
extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { ... }
從中，我們可以看出：
1.1 HashMap和Hashtable都實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
實現了Map接口，意味著它們都支持key-value鍵值對操作。支持“添加key-value鍵值對”、“獲取key”、“獲取value”、“獲取map大小”、“清空map”等基本的key-value鍵值對操作。
實現了Cloneable接口，意味著它能被克隆。
實現了java.io.Serializable接口，意味著它們支持序列化，能通過序列化去傳輸。
1.2 HashMap繼承於AbstractMap，而Hashtable繼承於Dictionary
Dictionary是一個抽象類，它直接繼承於Object類，沒有實現任何接口。Dictionary類是JDK 1.0的引入的。雖然Dictionary也支持“添加key-value鍵值對”、“獲取value”、“獲取大小”等基本操作，但它的API函數比Map少；而且 Dictionary一般是通過Enumeration(枚舉類)去遍歷，Map則是通過Iterator(叠代器)去遍歷。 然而‘由於Hashtable也實現了Map接口，所以，它即支持Enumeration遍歷，也支持Iterator遍歷。關於這點，後面還會進一步說明。
AbstractMap是一個抽象類，它實現了Map接口的絕大部分API函數；為Map的具體實現類提供了極大的便利。它是JDK 1.2新增的類。
2 線程安全不同
Hashtable的幾乎所有函數都是同步的，即它是線程安全的，支持多線程。
而HashMap的函數則是非同步的，它不是線程安全的。若要在多線程中使用HashMap，需要我們額外的進行同步處理。 對HashMap的同步處理可以使用Collections類提供的synchronizedMap靜態方法，或者直接使用JDK 5.0之後提供的java.util.concurrent包裏的ConcurrentHashMap類。
3 對null值的處理不同
HashMap的key、value都可以為null。
Hashtable的key、value都不可以為null。
我們先看看HashMap和Hashtable “添加key-value”的方法
HashMap的添加key-value的方法
// 將“key-value”添加到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key為null”，則將該鍵值對添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不為null”，則計算該key的哈希值，然後將其添加到該哈希值對應的鏈表中。
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;
// 若“該key”對應的鍵值對已經存在，則用新的value取代舊的value。然後退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“該key”對應的鍵值對不存在，則將“key-value”添加到table中
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
// putForNullKey()的作用是將“key為null”鍵值對添加到table[0]位置
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
// recordAccess()函數什麽也沒有做
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 添加第1個“key為null”的元素都table中的時候，會執行到這裏。
// 它的作用是將“設置table[0]的key為null，值為value”。
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
1 // 將“key-value”添加到HashMap中
2 public V put(K key, V value) {
3 // 若“key為null”，則將該鍵值對添加到table[0]中。
4 if (key == null)
5 return putForNullKey(value);
6 // 若“key不為null”，則計算該key的哈希值，然後將其添加到該哈希值對應的鏈表中。
7 int hash = hash(key.hashCode());
8 int i = indexFor(hash, table.length);
9 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
10 Object k;
11 // 若“該key”對應的鍵值對已經存在，則用新的value取代舊的value。然後退出！
12 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
13 V oldValue = e.value;
14 e.value = value;
15 e.recordAccess(this);
16 return oldValue;
17 }
18 }
19
20 // 若“該key”對應的鍵值對不存在，則將“key-value”添加到table中
21 modCount++;
22 addEntry(hash, key, value, i);
23 return null;
24 }
25
26 // putForNullKey()的作用是將“key為null”鍵值對添加到table[0]位置
27 private V putForNullKey(V value) {
28 for (Entry<K,V> e = table[0]; e != null; e = e.next) {
29 if (e.key == null) {
30 V oldValue = e.value;
31 e.value = value;
32 // recordAccess()函數什麽也沒有做
33 e.recordAccess(this);
34 return oldValue;
35 }
36 }
37 // 添加第1個“key為null”的元素都table中的時候，會執行到這裏。
38 // 它的作用是將“設置table[0]的key為null，值為value”。
39 modCount++;
40 addEntry(0, null, value, 0);
41 return null;
42 }
Hashtable的添加key-value的方法
// 將“key-value”添加到Hashtable中
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value為null的元素！！！
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 若“Hashtable中已存在鍵為key的鍵值對”，
// 則用“新的value”替換“舊的value”
Entry tab[] = table;
// Hashtable中不能插入key為null的元素！！！
// 否則，下面的語句會拋出異常！
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中不存在鍵為key的鍵值對”，
// (01) 將“修改統計數”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable實際容量” > “閾值”(閾值=總的容量 * 加載因子)
// 則調整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// (03) 將“Hashtable中index”位置的Entry(鏈表)保存到e中 Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 創建“新的Entry節點”，並將“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，並設置e為“新的Entry”的下一個元素(即“新Entry”為鏈表表頭)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 將“Hashtable的實際容量”+1
count++;
return null;
}
1 // 將“key-value”添加到Hashtable中
2 public synchronized V put(K key, V value) {
3 // Hashtable中不能插入value為null的元素！！！
4 if (value == null) {
5 throw new NullPointerException();
6 }
7
8 // 若“Hashtable中已存在鍵為key的鍵值對”，
9 // 則用“新的value”替換“舊的value”
10 Entry tab[] = table;
11 // Hashtable中不能插入key為null的元素！！！
12 // 否則，下面的語句會拋出異常！
13 int hash = key.hashCode();
14 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
15 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
16 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
17 V old = e.value;
18 e.value = value;
19 return old;
20 }
21 }
22
23 // 若“Hashtable中不存在鍵為key的鍵值對”，
24 // (01) 將“修改統計數”+1
25 modCount++;
26 // (02) 若“Hashtable實際容量” > “閾值”(閾值=總的容量 * 加載因子)
27 // 則調整Hashtable的大小
28 if (count >= threshold) {
29 // Rehash the table if the threshold is exceeded
30 rehash();
31
32 tab = table;
33 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
34 }
35
36 // (03) 將“Hashtable中index”位置的Entry(鏈表)保存到e中 Entry<K,V> e = tab[index];
37 // (04) 創建“新的Entry節點”，並將“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，並設置e為“新的Entry”的下一個元素(即“新Entry”為鏈表表頭)。
38 tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
39 // (05) 將“Hashtable的實際容量”+1
40 count++;
41 return null;
42 }
根據上面的代碼，我們可以看出：
Hashtable的key或value，都不能為null！否則，會拋出異常NullPointerException。
HashMap的key、value都可以為null。 當HashMap的key為null時，HashMap會將其固定的插入table[0]位置(即HashMap散列表的第一個位置)；而且table[0]處只會容納一個key為null的值，當有多個key為null的值插入的時候，table[0]會保留最後插入的value。
4 支持的遍歷種類不同
HashMap只支持Iterator(叠代器)遍歷。
而Hashtable支持Iterator(叠代器)和Enumeration(枚舉器)兩種方式遍歷。
Enumeration 是JDK 1.0添加的接口，只有hasMoreElements(), nextElement() 兩個API接口，不能通過Enumeration()對元素進行修改 。
而Iterator 是JDK 1.2才添加的接口，支持hasNext(), next(), remove() 三個API接口。HashMap也是JDK 1.2版本才添加的，所以用Iterator取代Enumeration，HashMap只支持Iterator遍歷。
5 通過Iterator叠代器遍歷時，遍歷的順序不同
HashMap是“從前向後”的遍歷數組；再對數組具體某一項對應的鏈表，從表頭開始進行遍歷。
Hashtabl是“從後往前”的遍歷數組；再對數組具體某一項對應的鏈表，從表頭開始進行遍歷。
HashMap和Hashtable都實現Map接口，所以支持獲取它們“key的集合”、“value的集合”、“key-value的集合”，然後通過Iterator對這些集合進行遍歷。
由於“key的集合”、“value的集合”、“key-value的集合”的遍歷原理都是一樣的；下面，我以遍歷“key-value的集合”來進行說明。
HashMap 和Hashtable 遍歷"key-value集合"的方式是：(01) 通過entrySet()獲取“Map.Entry集合”。 (02) 通過iterator()獲取“Map.Entry集合”的叠代器，再進行遍歷。
HashMap的實現方式：先“從前向後”的遍歷數組；對數組具體某一項對應的鏈表，則從表頭開始往後遍歷。
// 返回“HashMap的Entry集合”
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
return entrySet0();
}
// 返回“HashMap的Entry集合”，它實際是返回一個EntrySet對象
private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
}
// EntrySet對應的集合
// EntrySet繼承於AbstractSet，說明該集合中沒有重復的EntrySet。
private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
...
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return newEntryIterator();
}
...
}
// 返回一個“entry叠代器”
Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
return new EntryIterator();
}
// Entry的叠代器
private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
public Map.Entry<K,V> next() {
return nextEntry();
}
}
private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
// 下一個元素
Entry<K,V> next;
// expectedModCount用於實現fail-fast機制。
int expectedModCount;
// 當前索引
int index;
// 當前元素
Entry<K,V> current;
HashIterator() {
expectedModCount = modCount;
if (size > 0) { // advance to first entry
Entry[] t = table;
// 將next指向table中第一個不為null的元素。
// 這裏利用了index的初始值為0，從0開始依次向後遍歷，直到找到不為null的元素就退出循環。
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
}
public final boolean hasNext() {
return next != null;
}
// 獲取下一個元素
final Entry<K,V> nextEntry() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
Entry<K,V> e = next;
if (e == null)
throw new NoSuchElementException();
// 註意！！！
// 一個Entry就是一個單向鏈表
// 若該Entry的下一個節點不為空，就將next指向下一個節點;
// 否則，將next指向下一個鏈表(也是下一個Entry)的不為null的節點。
if ((next = e.next) == null) {
Entry[] t = table;
while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
;
}
current = e;
return e;
}
...
}
1 // 返回“HashMap的Entry集合”
2 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
3 return entrySet0();
4 }
5 // 返回“HashMap的Entry集合”，它實際是返回一個EntrySet對象
6 private Set<Map.Entry<K,V>> entrySet0() {
7 Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet;
8 return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet());
9 }
10 // EntrySet對應的集合
11 // EntrySet繼承於AbstractSet，說明該集合中沒有重復的EntrySet。
12 private final class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
13 ...
14 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
15 return newEntryIterator();
16 }
17 ...
18 }
19 // 返回一個“entry叠代器”
20 Iterator<Map.Entry<K,V>> newEntryIterator() {
21 return new EntryIterator();
22 }
23 // Entry的叠代器
24 private final class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> {
25 public Map.Entry<K,V> next() {
26 return nextEntry();
27 }
28 }
29 private abstract class HashIterator<E> implements Iterator<E> {
30 // 下一個元素
31 Entry<K,V> next;
32 // expectedModCount用於實現fail-fast機制。
33 int expectedModCount;
34 // 當前索引
35 int index;
36 // 當前元素
37 Entry<K,V> current;
38
39 HashIterator() {
40 expectedModCount = modCount;
41 if (size > 0) { // advance to first entry
42 Entry[] t = table;
43 // 將next指向table中第一個不為null的元素。
44 // 這裏利用了index的初始值為0，從0開始依次向後遍歷，直到找到不為null的元素就退出循環。
45 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
46 ;
47 }
48 }
49
50 public final boolean hasNext() {
51 return next != null;
52 }
53
54 // 獲取下一個元素
55 final Entry<K,V> nextEntry() {
56 if (modCount != expectedModCount)
57 throw new ConcurrentModificationException();
58 Entry<K,V> e = next;
59 if (e == null)
60 throw new NoSuchElementException();
61
62 // 註意！！！
63 // 一個Entry就是一個單向鏈表
64 // 若該Entry的下一個節點不為空，就將next指向下一個節點;
65 // 否則，將next指向下一個鏈表(也是下一個Entry)的不為null的節點。
66 if ((next = e.next) == null) {
67 Entry[] t = table;
68 while (index < t.length && (next = t[index++]) == null)
69 ;
70 }
71 current = e;
72 return e;
73 }
74
75 ...
76 }
Hashtable的實現方式：先從“後向往前”的遍歷數組；對數組具體某一項對應的鏈表，則從表頭開始往後遍歷。
public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
if (entrySet==null)
entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
return entrySet;
}
private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
return getIterator(ENTRIES);
}
...
}
private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
// 指向Hashtable的table
Entry[] table = Hashtable.this.table;
// Hashtable的總的大小
int index = table.length;
Entry<K,V> entry = null;
Entry<K,V> lastReturned = null;
int type;
// Enumerator是 “叠代器(Iterator)” 還是 “枚舉類(Enumeration)”的標誌
// iterator為true，表示它是叠代器；否則，是枚舉類。
boolean iterator;
// 在將Enumerator當作叠代器使用時會用到，用來實現fail-fast機制。
protected int expectedModCount = modCount;
Enumerator(int type, boolean iterator) {
this.type = type;
this.iterator = iterator;
}
// 從遍歷table的數組的末尾向前查找，直到找到不為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;
}
// 獲取下一個元素
// 註意：從hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍歷方式”
// 首先，從後向前的遍歷table數組。table數組的每個節點都是一個單向鏈表(Entry)。
// 然後，依次向後遍歷單向鏈表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");
}
// 叠代器Iterator的判斷是否存在下一個元素
// 實際上，它是調用的hasMoreElements()
public boolean hasNext() {
return hasMoreElements();
}
// 叠代器獲取下一個元素
// 實際上，它是調用的nextElement()
public T next() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
return nextElement();
}
...
}
1 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() {
2 if (entrySet==null)
3 entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this);
4 return entrySet;
5 }
6
7 private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> {
8 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() {
9 return getIterator(ENTRIES);
10 }
11 ...
12 }
13
14 private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> {
15 // 指向Hashtable的table
16 Entry[] table = Hashtable.this.table;
17 // Hashtable的總的大小
18 int index = table.length;
19 Entry<K,V> entry = null;
20 Entry<K,V> lastReturned = null;
21 int type;
22
23 // Enumerator是 “叠代器(Iterator)” 還是 “枚舉類(Enumeration)”的標誌
24 // iterator為true，表示它是叠代器；否則，是枚舉類。
25 boolean iterator;
26
27 // 在將Enumerator當作叠代器使用時會用到，用來實現fail-fast機制。
28 protected int expectedModCount = modCount;
29
30 Enumerator(int type, boolean iterator) {
31 this.type = type;
32 this.iterator = iterator;
33 }
34
35 // 從遍歷table的數組的末尾向前查找，直到找到不為null的Entry。
36 public boolean hasMoreElements() {
37 Entry<K,V> e = entry;
38 int i = index;
39 Entry[] t = table;
40 /* Use locals for faster loop iteration */
41 while (e == null && i > 0) {
42 e = t[--i];
43 }
44 entry = e;
45 index = i;
46 return e != null;
47 }
48
49 // 獲取下一個元素
50 // 註意：從hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍歷方式”
51 // 首先，從後向前的遍歷table數組。table數組的每個節點都是一個單向鏈表(Entry)。
52 // 然後，依次向後遍歷單向鏈表Entry。
53 public T nextElement() {
54 Entry<K,V> et = entry;
55 int i = index;
56 Entry[] t = table;
57 /* Use locals for faster loop iteration */
58 while (et == null && i > 0) {
59 et = t[--i];
60 }
61 entry = et;
62 index = i;
63 if (et != null) {
64 Entry<K,V> e = lastReturned = entry;
65 entry = e.next;
66 return type == KEYS ? (T)e.key : (type == VALUES ? (T)e.value : (T)e);
67 }
68 throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator");
69 }
70
71 // 叠代器Iterator的判斷是否存在下一個元素
72 // 實際上，它是調用的hasMoreElements()
73 public boolean hasNext() {
74 return hasMoreElements();
75 }
76
77 // 叠代器獲取下一個元素
78 // 實際上，它是調用的nextElement()
79 public T next() {
80 if (modCount != expectedModCount)
81 throw new ConcurrentModificationException();
82 return nextElement();
83 }
84
85 ...
86
87 }
6 容量的初始值 和 增加方式都不一樣
HashMap默認的容量大小是16；增加容量時，每次將容量變為“原始容量x2”。
Hashtable默認的容量大小是11；增加容量時，每次將容量變為“原始容量x2 + 1”。
HashMap默認的“加載因子”是0.75, 默認的容量大小是16。
// 默認的初始容量是16，必須是2的冪。
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
// 默認加載因子
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
// 指定“容量大小”的構造函數
public HashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
1 // 默認的初始容量是16，必須是2的冪。
2 static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
3
4 // 默認加載因子
5 static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
6
7 // 指定“容量大小”的構造函數
8 public HashMap(int initialCapacity) {
9 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
10 }
當HashMap的 “實際容量” >= “閾值”時，(閾值 = 總的容量 * 加載因子)，就將HashMap的容量翻倍。
// 新增Entry。將“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
// 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
// 設置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”，
// 設置“e”為“新Entry的下一個節點”
table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// 若HashMap的實際大小 不小於 “閾值”，則調整HashMap的大小
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
}
1 // 新增Entry。將“key-value”插入指定位置，bucketIndex是位置索引。
2 void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
3 // 保存“bucketIndex”位置的值到“e”中
4 Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
5 // 設置“bucketIndex”位置的元素為“新Entry”，
6 // 設置“e”為“新Entry的下一個節點”
7 table[bucketIndex] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
8 // 若HashMap的實際大小 不小於 “閾值”，則調整HashMap的大小
9 if (size++ >= threshold)
10 resize(2 * table.length);
11 }
Hashtable默認的“加載因子”是0.75, 默認的容量大小是11。
// 默認構造函數。
2 public Hashtable() {
3 // 默認構造函數，指定的容量大小是11；加載因子是0.75
4 this(11, 0.75f);
5 }
1 // 默認構造函數。
2 public Hashtable() {
3 // 默認構造函數，指定的容量大小是11；加載因子是0.75
4 this(11, 0.75f);
5 }
當Hashtable的 “實際容量” >= “閾值”時，(閾值 = 總的容量 x 加載因子)，就將變為“原始容量x2 + 1”。
// 調整Hashtable的長度，將長度變成原來的(2倍+1)
// (01) 將“舊的Entry數組”賦值給一個臨時變量。
// (02) 創建一個“新的Entry數組”，並賦值給“舊的Entry數組”
// (03) 將“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry數組”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;
}
}
}
1 // 調整Hashtable的長度，將長度變成原來的(2倍+1)
2 // (01) 將“舊的Entry數組”賦值給一個臨時變量。
3 // (02) 創建一個“新的Entry數組”，並賦值給“舊的Entry數組”
4 // (03) 將“Hashtable”中的全部元素依次添加到“新的Entry數組”中
5 protected void rehash() {
6 int oldCapacity = table.length;
7 Entry[] oldMap = table;
8
9 int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1;
10 Entry[] newMap = new Entry[newCapacity];
11
12 modCount++;
13 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
14 table = newMap;
15
16 for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
17 for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) {
18 Entry<K,V> e = old;
19 old = old.next;
20
21 int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
22 e.next = newMap[index];
23 newMap[index] = e;
24 }
25 }
26 }
7 添加key-value時的hash值算法不同
HashMap添加元素時，是使用自定義的哈希算法。
Hashtable沒有自定義哈希算法，而直接采用的key的hashCode()。
HashMap添加元素時，是使用自定義的哈希算法。
1 static int hash(int h) {
2 h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
3 return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
4 }
5
6 // 將“key-value”添加到HashMap中
7 public V put(K key, V value) {
8 // 若“key為null”，則將該鍵值對添加到table[0]中。
9 if (key == null)
10 return putForNullKey(value);
11 // 若“key不為null”，則計算該key的哈希值，然後將其添加到該哈希值對應的鏈表中。
12 int hash = hash(key.hashCode());
13 int i = indexFor(hash, table.length);
14 for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {
15 Object k;
16 // 若“該key”對應的鍵值對已經存在，則用新的value取代舊的value。然後退出！
17 if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
18 V oldValue = e.value;
19 e.value = value;
20 e.recordAccess(this);
21 return oldValue;
22 }
23 }
24
25 // 若“該key”對應的鍵值對不存在，則將“key-value”添加到table中
26 modCount++;
27 addEntry(hash, key, value, i);
28 return null;
29 }
static int hash(int h) {
h ^= (h >>> 20) ^ (h >>> 12);
return h ^ (h >>> 7) ^ (h >>> 4);
}
// 將“key-value”添加到HashMap中
public V put(K key, V value) {
// 若“key為null”，則將該鍵值對添加到table[0]中。
if (key == null)
return putForNullKey(value);
// 若“key不為null”，則計算該key的哈希值，然後將其添加到該哈希值對應的鏈表中。
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;
// 若“該key”對應的鍵值對已經存在，則用新的value取代舊的value。然後退出！
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
// 若“該key”對應的鍵值對不存在，則將“key-value”添加到table中
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
Hashtable沒有自定義哈希算法，而直接采用的key的hashCode()。
public synchronized V put(K key, V value) {
// Hashtable中不能插入value為null的元素！！！
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 若“Hashtable中已存在鍵為key的鍵值對”，
// 則用“新的value”替換“舊的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中不存在鍵為key的鍵值對”，
// (01) 將“修改統計數”+1
modCount++;
// (02) 若“Hashtable實際容量” > “閾值”(閾值=總的容量 * 加載因子)
// 則調整Hashtable的大小
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// (03) 將“Hashtable中index”位置的Entry(鏈表)保存到e中
Entry<K,V> e = tab[index];
// (04) 創建“新的Entry節點”，並將“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，並設置e為“新的Entry”的下一個元素(即“新Entry”為鏈表表頭)。
tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
// (05) 將“Hashtable的實際容量”+1
count++;
return null;
}
1 public synchronized V put(K key, V value) {
2 // Hashtable中不能插入value為null的元素！！！
3 if (value == null) {
4 throw new NullPointerException();
5 }
6
7 // 若“Hashtable中已存在鍵為key的鍵值對”，
8 // 則用“新的value”替換“舊的value”
9 Entry tab[] = table;
10 int hash = key.hashCode();
11 int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
12 for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
13 if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
14 V old = e.value;
15 e.value = value;
16 return old;
17 }
18 }
19
20 // 若“Hashtable中不存在鍵為key的鍵值對”，
21 // (01) 將“修改統計數”+1
22 modCount++;
23 // (02) 若“Hashtable實際容量” > “閾值”(閾值=總的容量 * 加載因子)
24 // 則調整Hashtable的大小
25 if (count >= threshold) {
26 // Rehash the table if the threshold is exceeded
27 rehash();
28
29 tab = table;
30 index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
31 }
32
33 // (03) 將“Hashtable中index”位置的Entry(鏈表)保存到e中
34 Entry<K,V> e = tab[index];
35 // (04) 創建“新的Entry節點”，並將“新的Entry”插入“Hashtable的index位置”，並設置e為“新的Entry”的下一個元素(即“新Entry”為鏈表表頭)。
36 tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e);
37 // (05) 將“Hashtable的實際容量”+1
38 count++;
39 return null;
40 }
8 部分API不同
Hashtable支持contains(Object value)方法，而且重寫了toString()方法；
而HashMap不支持contains(Object value)方法，沒有重寫toString()方法。
最後，再說說“HashMap和Hashtable”使用的情景。
其實，若了解它們之間的不同之處後，可以很容易的區分根據情況進行取舍。例如：(01) 若在單線程中，我們往往會選擇HashMap；而在多線程中，則會選擇Hashtable。(02)，若不能插入null元素，則選擇Hashtable；否則，可以選擇HashMap。
但這個不是絕對的標準。例如，在多線程中，我們可以自己對HashMap進行同步，也可以選擇ConcurrentHashMap。當HashMap和Hashtable都不能滿足自己的需求時，還可以考慮新定義一個類，繼承或重新實現散列表；當然，一般情況下是不需要的了。
第3部分 HashMap和WeakHashMap異同
3.1 HashMap和WeakHashMap的相同點
1 它們都是散列表，存儲的是“鍵值對”映射。
2 它們都繼承於AbstractMap，並且實現Map基礎。
3 它們的構造函數都一樣。
它們都包括4個構造函數，而且函數的參數都一樣。
4 默認的容量大小是16，默認的加載因子是0.75。
5 它們的“鍵”和“值”都允許為null。
6 它們都是“非同步的”。
3.2 HashMap和WeakHashMap的不同點
1 HashMap實現了Cloneable和Serializable接口，而WeakHashMap沒有。
HashMap實現Cloneable，意味著它能通過clone()克隆自己。
HashMap實現Serializable，意味著它支持序列化，能通過序列化去傳輸。
2 HashMap的“鍵”是“強引用(StrongReference)”，而WeakHashMap的鍵是“弱引用(WeakReference)”。
WeakReference的“弱鍵”能實現WeakReference對“鍵值對”的動態回收。當“弱鍵”不再被使用到時，GC會回收它，WeakReference也會將“弱鍵”對應的鍵值對刪除。
這個“弱鍵”實現的動態回收“鍵值對”的原理呢？其實，通過WeakReference(弱引用)和ReferenceQueue(引用隊列)實現的。 首先，我們需要了解WeakHashMap中：
第一，“鍵”是WeakReference，即key是弱鍵。
第二，ReferenceQueue是一個引用隊列，它是和WeakHashMap聯合使用的。當弱引用所引用的對象被垃圾回收，Java虛擬機就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用隊列中。 WeakHashMap中的ReferenceQueue是queue。
第三，WeakHashMap是通過數組實現的，我們假設這個數組是table。
接下來，說說“動態回收”的步驟。
(01) 新建WeakHashMap，將“鍵值對”添加到WeakHashMap中。
將“鍵值對”添加到WeakHashMap中時，添加的鍵都是弱鍵。
實際上，WeakHashMap是通過數組table保存Entry(鍵值對)；每一個Entry實際上是一個單向鏈表，即Entry是鍵值對鏈表。
(02) 當某“弱鍵”不再被其它對象引用，並被GC回收時。在GC回收該“弱鍵”時，這個“弱鍵”也同時會被添加到queue隊列中。
例如，當我們在將“弱鍵”key添加到WeakHashMap之後；後來將key設為null。這時，便沒有外部外部對象再引用該了key。
接著，當Java虛擬機的GC回收內存時，會回收key的相關內存；同時，將key添加到queue隊列中。
(03) 當下一次我們需要操作WeakHashMap時，會先同步table和queue。table中保存了全部的鍵值對，而queue中保存被GC回收的“弱鍵”；同步它們，就是刪除table中被GC回收的“弱鍵”對應的鍵值對。
例如，當我們“讀取WeakHashMap中的元素或獲取WeakReference的大小時”，它會先同步table和queue，目的是“刪除table中被GC回收的‘弱鍵’對應的鍵值對”。刪除的方法就是逐個比較“table中元素的‘鍵’和queue中的‘鍵’”，若它們相當，則刪除“table中的該鍵值對”。
3.3 HashMap和WeakHashMap的比較測試程序
import java.util.HashMap;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
import java.util.Date;
import java.lang.ref.WeakReference;
/**
* @desc HashMap 和 WeakHashMap比較程序
*
* @author skywang
* @email [email protected]
*/
public class CompareHashmapAndWeakhashmap {
public static void main(String[] args) throws Exception {
// 當“弱鍵”是String時，比較HashMap和WeakHashMap
compareWithString();
// 當“弱鍵”是自定義類型時，比較HashMap和WeakHashMap
compareWithSelfClass();
}
/**
* 遍歷map，並打印map的大小
*/
private static void iteratorAndCountMap(Map map) {
// 遍歷map
for (Iterator iter = map.entrySet().iterator();
iter.hasNext(); ) {
Map.Entry en = (Map.Entry)iter.next();
System.out.printf("map entry : %s - %s\n ",en.getKey(), en.getValue());
}
// 打印HashMap的實際大小
System.out.printf(" map size:%s\n\n", map.size());
}
/**
* 通過String對象測試HashMap和WeakHashMap
*/
private static void compareWithString() {
// 新建4個String字符串
String w1 = new String("W1");
String w2 = new String("W2");
String h1 = new String("H1");
String h2 = new String("H2");
// 新建 WeakHashMap對象，並將w1,w2添加到 WeakHashMap中
Map wmap = new WeakHashMap();
wmap.put(w1, "w1");
wmap.put(w2, "w2");
// 新建 HashMap對象，並將h1,h2添加到 WeakHashMap中
Map hmap = new HashMap();
hmap.put(h1, "h1");
hmap.put(h2, "h2");
// 刪除HashMap中的“h1”。
// 結果：刪除“h1”之後，HashMap中只有 h2 ！
hmap.remove(h1);
// 將WeakHashMap中的w1設置null，並執行gc()。系統會回收w1
// 結果：w1是“弱鍵”，被GC回收後，WeakHashMap中w1對應的鍵值對，也會被從WeakHashMap中刪除。
// w2是“弱鍵”，但它不是null，不會被GC回收；也就不會被從WeakHashMap中刪除。
// 因此，WeakHashMap中只有 w2
// 註意：若去掉“w1=null” 或者“System.gc()”，結果都會不一樣！
w1 = null;
System.gc();
// 遍歷並打印HashMap的大小
System.out.printf(" -- HashMap --\n");
iteratorAndCountMap(hmap);
// 遍歷並打印WeakHashMap的大小
System.out.printf(" -- WeakHashMap --\n");
iteratorAndCountMap(wmap);
}
/**
* 通過自定義類測試HashMap和WeakHashMap
*/
private static void compareWithSelfClass() {
// 新建4個自定義對象
Self s1 = new Self(10);
Self s2 = new Self(20);
Self s3 = new Self(30);
Self s4 = new Self(40);
// 新建 WeakHashMap對象，並將s1,s2添加到 WeakHashMap中
Map wmap = new WeakHashMap();
wmap.put(s1, "s1");
wmap.put(s2, "s2");
// 新建 HashMap對象，並將s3,s4添加到 WeakHashMap中
Map hmap = new HashMap();
hmap.put(s3, "s3");
hmap.put(s4, "s4");
// 刪除HashMap中的s3。
// 結果：刪除s3之後，HashMap中只有 s4 ！
hmap.remove(s3);
// 將WeakHashMap中的s1設置null，並執行gc()。系統會回收w1
// 結果：s1是“弱鍵”，被GC回收後，WeakHashMap中s1對應的鍵值對，也會被從WeakHashMap中刪除。
// w2是“弱鍵”，但它不是null，不會被GC回收；也就不會被從WeakHashMap中刪除。
// 因此，WeakHashMap中只有 s2
// 註意：若去掉“s1=null” 或者“System.gc()”，結果都會不一樣！
s1 = null;
System.gc();
/*
// 休眠500ms
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// */
// 遍歷並打印HashMap的大小
System.out.printf(" -- Self-def HashMap --\n");
iteratorAndCountMap(hmap);
// 遍歷並打印WeakHashMap的大小
System.out.printf(" -- Self-def WeakHashMap --\n");
iteratorAndCountMap(wmap);
}
private static class Self {
int id;
public Self(int id) {
this.id = id;
}
// 覆蓋finalize()方法
// 在GC回收時會被執行
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.printf("GC Self: id=%d addr=0x%s)\n", id, this);
}
}
}
1 import java.util.HashMap; 2 import java.util.Iterator; 3 import java.util.Map; 4 import java.util.WeakHashMap; 5 import java.util.Date; 6 import java.lang.ref.WeakReference; 7 8 /** 9 * @desc HashMap 和 WeakHashMap比較程序 10 * 11 * @author skywang 12 * @email [email protected] 13 */ 14 public class CompareHashmapAndWeakhashmap { 15 16 public static void main(String[] args) throws Exception { 17 18 // 當“弱鍵”是String時，比較HashMap和WeakHashMap 19 compareWithString(); 20 // 當“弱鍵”是自定義類型時，比較HashMap和WeakHashMap 21 compareWithSelfClass(); 22 } 23 24 /** 25 * 遍歷map，並打印map的大小 26 */ 27 private static void iteratorAndCountMap(Map map) { 28 // 遍歷map 29 for (Iterator iter = map.entrySet().iterator(); 30 iter.hasNext(); ) { 31 Map.Entry en = (Map.Entry)iter.next(); 32 System.out.printf("map entry : %s - %s\n ",en.getKey(), en.getValue()); 33 } 34 35 // 打印HashMap的實際大小 36 System.out.printf(" map size:%s\n\n", map.size()); 37 } 38 39 /** 40 * 通過String對象測試HashMap和WeakHashMap 41 */ 42 private static void compareWithString() { 43 // 新建4個String字符串 44 String w1 = new String("W1"); 45 String w2 = new String("W2"); 46 String h1 = new String("H1"); 47 String h2 = new String("H2"); 48 49 // 新建 WeakHashMap對象，並將w1,w2添加到 WeakHashMap中 50 Map wmap = new WeakHashMap(); 51 wmap.put(w1, "w1"); 52 wmap.put(w2, "w2"); 53 54 // 新建 HashMap對象，並將h1,h2添加到 WeakHashMap中 55 Map hmap = new HashMap(); 56 hmap.put(h1, "h1"); 57 hmap.put(h2, "h2"); 58 59 // 刪除HashMap中的“h1”。 60 // 結果：刪除“h1”之後，HashMap中只有 h2 ！ 61 hmap.remove(h1); 62 63 // 將WeakHashMap中的w1設置null，並執行gc()。系統會回收w1 64 // 結果：w1是“弱鍵”，被GC回收後，WeakHashMap中w1對應的鍵值對，也會被從WeakHashMap中刪除。 65 // w2是“弱鍵”，但它不是null，不會被GC回收；也就不會被從WeakHashMap中刪除。 66 // 因此，WeakHashMap中只有 w2 67 // 註意：若去掉“w1=null” 或者“System.gc()”，結果都會不一樣！ 68 w1 = null; 69 System.gc(); 70 71 // 遍歷並打印HashMap的大小 72 System.out.printf(" -- HashMap --\n"); 73 iteratorAndCountMap(hmap); 74 75 // 遍歷並打印WeakHashMap的大小 76 System.out.printf(" -- WeakHashMap --\n"); 77 iteratorAndCountMap(wmap); 78 } 79 80 /** 81 * 通過自定義類測試HashMap和WeakHashMap 82 */ 83 private static void compareWithSelfClass() { 84 // 新建4個自定義對象 85 Self s1 = new Self(10); 86 Self s2 = new Self(20); 87 Self s3 = new Self(30); 88 Self s4 = new Self(40); 89 90 // 新建 WeakHashMap對象，並將s1,s2添加到 WeakHashMap中 91 Map wmap = new WeakHashMap(); 92 wmap.put(s1, "s1"); 93 wmap.put(s2, "s2"); 94 95 // 新建 HashMap對象，並將s3,s4添加到 WeakHashMap中 96 Map hmap = new HashMap(); 97 hmap.put(s3, "s3"); 98 hmap.put(s4, "s4"); 99 100 // 刪除HashMap中的s3。 101 // 結果：刪除s3之後，HashMap中只有 s4 ！ 102 hmap.remove(s3); 103 104 // 將WeakHashMap中的s1設置null，並執行gc()。系統會回收w1 105 // 結果：s1是“弱鍵”，被GC回收後，WeakHashMap中s1對應的鍵值對，也會被從WeakHashMap中刪除。 106 // w2是“弱鍵”，但它不是null，不會被GC回收；也就不會被從WeakHashMap中刪除。 107 // 因此，WeakHashMap中只有 s2 108 // 註意：若去掉“s1=null” 或者“System.gc()”，結果都會不一樣！ 109 s1 = null; 110 System.gc(); 111 112 /* 113 // 休眠500ms 114 try { 115 Thread.sleep(500); 116 } catch (InterruptedException e) { 117 e.printStackTrace(); 118 } 119 // */ 120 121 // 遍歷並打印HashMap的大小 122 System.out.printf(" -- Self-def HashMap --\n"); 123 iteratorAndCountMap(hmap); 124 125 // 遍歷並打印WeakHashMap的大小 126 System.out.printf(" -- Self-def WeakHashMap --\n"); 127 iteratorAndCountMap(wmap); 128 } 129 130 private static class Self { 131 int id; 132 133 public Self(int id) { 134 this.id = id; 135 } 136 137 // 覆蓋finalize()方法 138 // 在GC回收時會被執行 139 protected void finalize() throws Throwable { 140 super.finalize(); 141 System.out.printf("GC Self: id=%d addr=0x%s)\n", id, this); 142 } 143 } 144 }
運行結果：
-- HashMap -- map entry : H2 - h2 map size:1 -- WeakHashMap -- map entry : W2 - w2 map size:1 -- Self-def HashMap -- map entry : CompareHashmapAndWeakhashmap$Self@1ff9dc36 - s4 map size:1 -- Self-def WeakHashMap -- GC Self: id=10 addr=0xCompareHashmapAndWeakhashmap$Self@12276af2) map entry : CompareHashmapAndWeakhashmap$Self@59de3f2d - s2 map size:1
Map總結(HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap等使用場景)