java中的hashmap和hashtable到底哪不同？-亚博电竞手机版

hashmap和hashtable有什么不同？在面试和被面试的过程中，我问过也被问过这个问题，也见过了不少回答，今天决定写一写自己心目中的理想答案。

代码版本

jdk每一版本都在改进。本文讨论的hashmap和hashtable基于jdk 1.7.0_67。源码见这里

1. 时间

hashtable产生于jdk 1.1，而hashmap产生于jdk 1.2。从时间的维度上来看，hashmap要比hashtable出现得晚一些。

2. 作者

以下是hashtable的作者：

以下代码及注释来自java.util.hashtable  * @author  arthur van hoff * @author  josh bloch * @author  neal gafter

以下是hashmap的作者：

以下代码及注释来自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。不了解doug lea的，可以看这里。

3. 对外的接口（api）

hashmap和hashtable都是基于哈希表来实现键值映射的工具类。讨论他们的不同，我们首先来看一下他们暴露在外的api有什么不同。

3.1 public method

下面两张图，我画出了hashmap和hashtable的类继承体系，并列出了这两个类的可供外部调用的公开方法。

从图中可以看出，两个类的继承体系有些不同。虽然都实现了map、cloneable、serializable三个接口。但是hashmap继承自抽象类abstractmap，而hashtable继承自抽象类dictionary。其中dictionary类是一个已经被废弃的类，这一点我们可以从它代码的注释中看到：

以下代码及注释来自java.util.dictionary   * note: this class is obsolete.  new implementations should  * implement the map interface, rather than extending this class.

同时我们看到hashtable比hashmap多了两个公开方法。一个是elements，这来自于抽象类dictionary，鉴于该类已经废弃，所以这个方法也就没什么用处了。另一个多出来的方法是contains，这个多出来的方法也没什么用，因为它跟containsvalue方法功能是一样的。代码为证：

以下代码及注释来自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);  }

所以从公开的方法上来看，这两个类提供的，是一样的功能。都提供键值映射的服务，可以增、删、查、改键值对，可以对建、值、键值对提供遍历视图。支持浅拷贝，支持序列化。

3.2 null key & null value

hashmap是支持null键和null值的，而hashtable在遇到null时，会抛出nullpointerexception异常。这并不是因为hashtable有什么特殊的实现层面的原因导致不能支持null键和null值，这仅仅是因为hashmap在实现时对null做了特殊处理，将null的hashcode值定为了0，从而将其存放在哈希表的第0个bucket中。我们一put方法为例，看一看代码的细节：

以下代码及注释来自java.util.hashtable  public synchronized v put(k key, v value) {      // 如果value为null，抛出nullpointerexception     if (value == null) {         throw new nullpointerexception();     }      // 如果key为null，在调用key.hashcode()时抛出nullpointerexception      // ... }  以下代码及注释来自java.util.hasmap  public v put(k key, v value) {     if (table == empty_table) {         inflatetable(threshold);     }     // 当key为null时，调用putfornullkey特殊处理     if (key == null)         return putfornullkey(value);     // ... }  private v putfornullkey(v value) {     // key为null时，放到table[0]也就是第0个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. 实现原理

本节讨论hashmap和hashtable在数据结构和算法层面，有什么不同。

4.1 数据结构

hashmap和hashtable都使用哈希表来存储键值对。在数据结构上是基本相同的，都创建了一个继承自map.entry的私有的内部类entry，每一个entry对象表示存储在哈希表中的一个键值对。

entry对象唯一表示一个键值对，有四个属性：

-k key 键对象

-v value 值对象

-int hash 键对象的hash值

-entry entry 指向链表中下一个entry对象，可为null，表示当前entry对象在链表尾部

可以说，有多少个键值对，就有多少个entry对象，那么在hashmap和hashtable中是怎么存储这些entry对象，以方便我们快速查找和修改的呢？请看下图。

上图画出的是一个桶数量为8，存有5个键值对的hashmap/hashtable的内存布局情况。可以看到hashmap/hashtable内部创建有一个entry类型的引用数组，用来表示哈希表，数组的长度，即是哈希桶的数量。而数组的每一个元素都是一个entry引用，从entry对象的属性里，也可以看出其是链表的节点，每一个entry对象内部又含有另一个entry对象的引用。

这样就可以得出结论，hashmap/hashtable内部用entry数组实现哈希表，而对于映射到同一个哈希桶（数组的同一个位置）的键值对，使用entry链表来存储(解决hash冲突)。

以下代码及注释来自java.util.hashtable  /**  * the hash table data.  */ private transient entry[] table;  以下代码及注释来自java.util.hashmap  /**  * the table, resized as necessary. length must always be a power of two.  */ transient entry[] table = (entry[]) empty_table;

从代码可以看到，对于哈希桶的内部表示，两个类的实现是一致的。

4.2 算法

上一小节已经说了用来表示哈希表的内部数据结构。hashmap/hashtable还需要有算法来将给定的键key，映射到确定的hash桶（数组位置）。需要有算法在哈希桶内的键值对多到一定程度时，扩充哈希表的大小（数组的大小）。本小节比较这两个类在算法层面有哪些不同。

初始容量大小和每次扩充容量大小的不同。先看代码：

以下代码及注释来自java.util.hashtable  // 哈希表默认初始大小为11 public hashtable() {     this(11, 0.75f); }  protected void rehash() {     int oldcapacity = table.length;     entry[] oldmap = table;      // 每次扩容为原来的2n 1     int newcapacity = (oldcapacity << 1)   1;     // ... }  以下代码及注释来自java.util.hashmap  // 哈希表默认初始大小为2^4=16 static final int default_initial_capacity = 1 << 4; // aka 16  void addentry(int hash, k key, v value, int bucketindex) {     // 每次扩充为原来的2n      if ((size >= threshold) && (null != table[bucketindex])) {        resize(2 * table.length); }

可以看到hashtable默认的初始大小为11，之后每次扩充为原来的2n 1。hashmap默认的初始化大小为16，之后每次扩充为原来的2倍。还有我没列出代码的一点，就是如果在创建时给定了初始化大小，那么hashtable会直接使用你给定的大小，而hashmap会将其扩充为2的幂次方大小。

也就是说hashtable会尽量使用素数、奇数。而hashmap则总是使用2的幂作为哈希表的大小。我们知道当哈希表的大小为素数时，简单的取模哈希的结果会更加均匀（具体证明，见这篇文章），所以单从这一点上看，hashtable的哈希表大小选择，似乎更高明些。但另一方面我们又知道，在取模计算时，如果模数是2的幂，那么我们可以直接使用位运算来得到结果，效率要大大高于做除法。所以从hash计算的效率上，又是hashmap更胜一筹。

所以，事实就是hashmap为了加快hash的速度，将哈希表的大小固定为了2的幂。当然这引入了哈希分布不均匀的问题，所以hashmap为解决这问题，又对hash算法做了一些改动。具体我们来看看，在获取了key对象的hashcode之后，hashtable和hashmap分别是怎样将他们hash到确定的哈希桶（entry数组位置）中的。

以下代码及注释来自java.util.hashtable  // hash 不能超过integer.max_value 所以要取其最小的31个bit int hash = hash(key); int index = (hash & 0x7fffffff) % tab.length;  // 直接计算key.hashcode() private int hash(object k) {     // hashseed will be zero if alternative hashing is disabled.     return hashseed ^ k.hashcode(); }  以下代码及注释来自java.util.hashmap int hash = hash(key); int i = indexfor(hash, table.length);  // 在计算了key.hashcode()之后，做了一些位运算来减少哈希冲突 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); }

正如我们所言，hashmap由于使用了2的幂次方，所以在取模运算时不需要做除法，只需要位的与运算就可以了。但是由于引入的hash冲突加剧问题，hashmap在调用了对象的hashcode方法之后，又做了一些位运算在打散数据。关于这些位计算为什么可以打散数据的问题，本文不再展开了。感兴趣的可以看这里。

如果你有细心读代码，还可以发现一点，就是hashmap和hashtable在计算hash时都用到了一个叫hashseed的变量。这是因为映射到同一个hash桶内的entry对象，是以链表的形式存在的，而链表的查询效率比较低，所以hashmap/hashtable的效率对哈希冲突非常敏感，所以可以额外开启一个可选hash（hashseed），从而减少哈希冲突。因为这是两个类相同的一点，所以本文不再展开了，感兴趣的看这里。事实上，这个优化在jdk 1.8中已经去掉了，因为jdk 1.8中，映射到同一个哈希桶（数组位置）的entry对象，使用了红黑树来存储，从而大大加速了其查找效率。

5. 线程安全

我们说hashtable是同步的，hashmap不是，也就是说hashtable在多线程使用的情况下，不需要做额外的同步，而hashmap则不行。那么hashtable是怎么做到的呢？

以下代码及注释来自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，也比较简单，就是公开的方法比如get都使用了synchronized描述符。而遍历视图比如keyset都使用了collections.synchronizedxxx进行了同步包装。

6. 代码风格

从我的品位来看，hashmap的代码要比hashtable整洁很多。下面这段hashtable的代码，我就觉着有点混乱，不太能接受这种代码复用的方式。

以下代码及注释来自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已经被淘汰了，不要在代码中再使用它。

以下描述来自于hashtable的类注释：

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.

简单来说就是，如果你不需要线程安全，那么使用hashmap，如果需要线程安全，那么使用concurrenthashmap。hashtable已经被淘汰了，不要在新的代码中再使用它。

8. 持续优化

虽然hashmap和hashtable的公开接口应该不会改变，或者说改变不频繁。但每一版本的jdk，都会对hashmap和hashtable的内部实现做优化，比如上文曾提到的jdk 1.8的红黑树优化。所以，尽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也会有性能上有提升。

为什么hashtable已经淘汰了，还要优化它？因为有老的代码还在使用它，所以优化了它之后，这些老的代码也能获得性能提升。