HashMap和HashTable有什么不同？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。

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

1. 時間

HashTable產(chǎn)生于JDK 1.1，而HashMap產(chǎn)生于JDK 1.2。從時間的維度上來看，HashMap要比HashTable出現(xiàn)得晚一些。

2. 作者

以下是HashTable的作者：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable*@authorArthur van Hoff*@authorJosh Bloch*@authorNeal Gafter

以下是HashMap的作者：

以下代碼及注釋來自java.util.HashMap*@authorDoug Lea*@authorJosh Bloch*@authorArthur van Hoff*@authorNeal Gafter

可以看到HashMap的作者多了大神Doug Lea。不了解Doug Lea的，可以百度搜一下。

3. 對外的接口（API）

HashMap和HashTable都是基于哈希表來實現(xiàn)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有什么不同。

13.1 Public Method

下面兩張圖，我畫出了HashMap和HashTable的類繼承體系，并列出了這兩個類的可供外部調(diào)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(xiàn)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(jīng)被廢棄的類，這一點我們可以從它代碼的注釋中看到：

以下代碼及注釋來自java.util.Dictionary* NOTE:Thisclassis obsolete.Newimplementations should* implement the Mapinterface, rather than extendingthisclass.

同時我們看到HashTable比HashMap多了兩個公開方法。一個是elements，這來自于抽象類Dictionary，鑒于該類已經(jīng)廢棄，所以這個方法也就沒什么用處了。另一個多出來的方法是contains，這個多出來的方法也沒什么用，因為它跟containsValue方法功能是一樣的。代碼為證：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTablepublic synchronized booleancontains(Objectvalue){if(value==null) {thrownewNullPointerException(); } Entry tab[] = table;for(inti = tab.length ; i-- >0;) {for(Entry e = tab[i] ; e !=null; e = e.next) {if(e.value.equals(value)) {returntrue; } } }returnfalse;}publicbooleancontainsValue(Objectvalue){returncontains(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(wù)，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。

13.2 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。這并不是因為HashTable有什么特殊的實現(xiàn)層面的原因?qū)е虏荒苤С謓ull鍵和null值，這僅僅是因為HashMap在實現(xiàn)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(jié)：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable

public synchronized Vput(Kkey, V value) { // 如果value為null，拋出NullPointerExceptionif(value == null) {thrownewNullPointerException(); } // 如果key為null，在調(diào)用key.hashCode()時拋出NullPointerException // ...}

以下代碼及注釋來自java.util.HasMap

publicV put(K key, V value) {if(table == EMPTY_TABLE) { inflateTable(threshold); } // 當(dāng)key為null時，調(diào)用putForNullKey特殊處理if(key ==null)returnputForNullKey(value); // ...}privateV 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);returnoldValue; } } modCount++; addEntry(0,null, value,0);returnnull;}

4.實現(xiàn)原理

本節(jié)討論HashMap和HashTable在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法層面，有什么不同。

14.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

HashMap和HashTable都使用哈希表來存儲鍵值對。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上是基本相同的，都創(chuàng)建了一個繼承自Map.Entry的私有的內(nèi)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

-Entryentry 指向鏈表中下一個Entry對象，可為null，表示當(dāng)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，那么在HashMap和HashTable中是怎么存儲這些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(shù)量為8，存有5個鍵值對的HashMap/HashTable的內(nèi)存布局情況。可以看到HashMap/HashTable內(nèi)部創(chuàng)建有一個Entry類型的引用數(shù)組，用來表示哈希表，數(shù)組的長度，即是哈希桶的數(shù)量。而數(shù)組的每一個元素都是一個Entry引用，從Entry對象的屬性里，也可以看出其是鏈表的節(jié)點，每一個Entry對象內(nèi)部又含有另一個Entry對象的引用。

這樣就可以得出結(jié)論，HashMap/HashTable內(nèi)部用Entry數(shù)組實現(xiàn)哈希表，而對于映射到同一個哈希桶（數(shù)組的同一個位置）的鍵值對，使用Entry鏈表來存儲(解決hash沖突)。

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

從代碼可以看到，對于哈希桶的內(nèi)部表示，兩個類的實現(xiàn)是一致的。

14.2 算法

上一小節(jié)已經(jīng)說了用來表示哈希表的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。HashMap/HashTable還需要有算法來將給定的鍵key，映射到確定的hash桶（數(shù)組位置）。需要有算法在哈希桶內(nèi)的鍵值對多到一定程度時，擴充哈希表的大小（數(shù)組的大小）。本小節(jié)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：

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable// 哈希表默認初始大小為1public Hashtable() { this(11,0.5f);}protectedvoid rehash() {intoldCapacity = table.length;Entry[] oldMap = table; // 每次擴容為原來的n+1intnewCapacity = (oldCapacity <<1) +1; // ...}以下代碼及注釋來自java.util.HashMap// 哈希表默認初始大小為2^4=6staticfinalintDEFAULT_INITIAL_CAPACITY =1<<4; // aka 6void addEntry(inthash, K key, Vvalue,intbucketIndex) { // 每次擴充為原來的nif((size>= threshold) && (null!= table[bucketIndex])) { resize(2 * table.length);}

可以看到HashTable默認的初始大小為11，之后每次擴充為原來的2n+1。HashMap默認的初始化大小為16，之后每次擴充為原來的2倍。還有我沒列出代碼的一點，就是如果在創(chuàng)建時給定了初始化大小，那么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(shù)、奇數(shù)。而HashMap則總是使用2的冪作為哈希表的大小。我們知道當(dāng)哈希表的大小為素數(shù)時，簡單的取模哈希的結(jié)果會更加均勻，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(shù)是2的冪，那么我們可以直接使用位運算來得到結(jié)果，效率要大大高于做除法。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(dāng)然這引入了哈希分布不均勻的問題，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之后，HashTable和HashMap分別是怎樣將他們hash到確定的哈希桶（Entry數(shù)組位置）中的。

以下代碼及注釋來自java.util.HashTable// hash 不能超過Integer.MAX_VALUE 所以要取其最小的31個bitint hash = hash(key);int index = (hash &0x7FFFFFFF)%tab.length;// 直接計算key.hashCode()private int hash(Object k) { // hashSeed will be zeroifalternative hashingisdisabled.returnhashSeed ^ k.hashCode();}以下代碼及注釋來自java.util.HashMapint hash = hash(key);int i = indexFor(hash, table.length);// 在計算了key.hashCode()之后，做了一些位運算來減少哈希沖突final int hash(Object k) { int h = hashSeed;if(0!= h && k instanceof String) {returnsun.misc.Hashing.stringHash32((String) k); } h ^= k.hashCode(); // This function ensures that hashCodes that differ only by //constantmultiplesateach bitpositionhave a bounded // number of collisions (approximately8atdefaultloadfactor). h ^= (h >>>20) ^ (h >>>12);returnh ^ (h >>>7) ^ (h >>>4);}// 取模不再需要做除法static int indexFor(int h, intlength) { // assert Integer.bitCount(length) ==1:"length must be a non-zero power of 2";returnh & (length-1);}

正如我們所言，HashMap由于使用了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。但是由于引入的hash沖突加劇問題，HashMap在調(diào)用了對象的hashCode方法之后，又做了一些位運算在打散數(shù)據(jù)。關(guān)于這些位計算為什么可以打散數(shù)據(jù)的問題，本文不再展開了。

如果你有細心讀代碼，還可以發(fā)現(xiàn)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(nèi)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的效率對哈希沖突非常敏感，所以可以額外開啟一個可選hash（hashSeed），從而減少哈希沖突。

因為這是兩個類相同的一點，所以本文不再展開了。事實上，這個優(yōu)化在JDK 1.8中已經(jīng)去掉了，因為JDK 1.8中，映射到同一個哈希桶（數(shù)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。那么HashTable是怎么做到的呢？

以下代碼及注釋來自java.util.HashTablepublicsynchronizedVget(Objectkey) { Entry tab[] = table;inthash = hash(key);intindex = (hash &0x7FFFFFFF) % tab.length;for(Entry e = tab[index] ; e !=null; e = e.next) {if((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {returne.value; } }returnnull;}publicSet keySet() {if(keySet ==null) keySet = Collections.synchronizedSet(newKeySet(),this);returnkeySet;}

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(fēng)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復(fù)用的方式。

以下代碼及注釋來自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.*/privateclassEnumeratorimplementsEnumeration,Iterator{ Entry[] table = Hashtable.this.table;intindex= table.length; Entry entry =null; Entry lastReturned =null;inttype;/** * Indicates whether this Enumerator is serving as an Iterator * or an Enumeration. (true -> Iterator). */booleaniterator;/** * The modCount value that the iterator believes that the backing * Hashtable should have. If this expectation is violated, the iterator * has detected concurrent modification. */protectedintexpectedModCount = modCount; Enumerator(inttype,booleaniterator) {this.type = type;this.iterator = iterator; }//...}

HashTable已經(jīng)被淘汰了，不要在代碼中再使用它。

以下描述來自于HashTable的類注釋：

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，那么使用HashMap，如果需要線程安全，那么使用ConcurrentHashMap。HashTable已經(jīng)被淘汰了，不要在新的代碼中再使用它。

7. 持續(xù)優(yōu)化

雖然HashMap和HashTable的公開接口應(yīng)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(nèi)部實現(xiàn)做優(yōu)化，比如上文曾提到的JDK 1.8的紅黑樹優(yōu)化。所以，盡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。

為什么HashTable已經(jīng)淘汰了，還要優(yōu)化它？因為有老的代碼還在使用它，所以優(yōu)化了它之后，這些老的代碼也能獲得性能提升。

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