HashMap、HashTable与ConcurrentHash

  上节我们介绍了一些hash表的概念，主要是涉及到hash表的存储方式。
  那么，在我们实际开发当中，常用的hash表有哪些呢？主要就包括HashMap、HashTable和ConcurrentHashMap。那么，它们之间又有什么异同点呢？
  今天，我们就从源码的角度来剖析一下这三者。

  首先，我们先看HashMap，这也是我们java开发中最常用的一种hash表了。
  先看构造，

/**
     * Constructs an empty <tt>HashMap</tt> with the default initial capacity
     * (16) and the default load factor (0.75).
     */
    public HashMap() {
        this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; // all other fields defaulted
    }

  官方注释说的是初始化一个空的HashMap，默认大小为16，扩容因子为0.75。什么叫扩容因子呢？就是说当数据量达到了总容量的0.75的时候就准备扩容了。那么，扩容到多大呢？继续往下看。

  我们再看put方法，

 public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }

  首先对key求hash值，也就是我们上节所讲到的hash函数

  static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

  从这里可以看出，hashmap的key是可以为null的，并且当key为空的时候，实际上是存放是在0对应的位置。

  继续看 putVal函数

 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

  这么一大段，我们从上往下走：
  从源码可以看出，hashmap存储数据主要是由一个Node<k,v>数组来完成的，对应源码中的table成员变量。
  首先，当第一次往hashMap存数据时，table为空，所以就命中了第一个if语句，进而调用了resize方法。我们进到里面看一下：

final Node<K,V>[] resize() {
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        if (oldCap > 0) {
            if (oldCap >= MAXIMUM_CAPACITY) {
                threshold = Integer.MAX_VALUE;
                return oldTab;
            }
            else if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
            newCap = oldThr;
        else {               // zero initial threshold signifies using defaults
            newCap = DEFAULT_INITIAL_CAPACITY;
            newThr = (int)(DEFAULT_LOAD_FACTOR * DEFAULT_INITIAL_CAPACITY);
        }
        if (newThr == 0) {
            float ft = (float)newCap * loadFactor;
            newThr = (newCap < MAXIMUM_CAPACITY && ft < (float)MAXIMUM_CAPACITY ?
                      (int)ft : Integer.MAX_VALUE);
        }
        threshold = newThr;
        @SuppressWarnings({"rawtypes","unchecked"})
            Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else if (e instanceof TreeNode)
                        ((TreeNode<K,V>)e).split(this, newTab, j, oldCap);
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }
                }
            }
        }
        return newTab;
    }

  从上面可以看出：当table为空的时候，oldCap为0，进而走到了else里面，也就应证了构造函数的注释。从而对table进行了赋值，是一个空的长度为16的hashmap。然后初始化一个Node并将其放入到对应hash值的索引位置。当hashmap中存在数据时，table也就不为空，那么就找对应hash值的索引。这里存在2种情况：
  1.对应索引上的指向的node为空，那么就将new出来的node放到对应的索引位置即可。
  2.当索引位置上的node不为空，则判断node对应的key与我们要存储的key是否相同：若相同则替换对应的value就ok了；若不同，则沿着node链表往下找，要么找到相同的替换value，要么找到链表的尾部，将node存入尾部。当链表过于长度大于等于8的时候，将链表转换为红黑树，这是java8里面新增的，至于红黑树又是什么我们后面再讲。

  最后，当我们的table的容量达到12的时候，也就是0.75的时候，我们就要对其进行扩容了。

  上面我们分析了hashmap的构造和put方法，我们再来看一下hashTable：

  public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }
  public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);

        if (initialCapacity==0)
            initialCapacity = 1;
        this.loadFactor = loadFactor;
        table = new HashtableEntry<?,?>[initialCapacity];
        // Android-changed: Ignore loadFactor when calculating threshold from initialCapacity
        // threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
        threshold = (int)Math.min(initialCapacity, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    }

  可以看到，hashtable与hashmap的存储方式非常相似，数据也是由一个数组存储的，虽然它们初始的大小不一样，hashtable是11.
  hashtable的数据存在一个HashtableEntry数组里面，我们来看一下HashtableEntry的数据结构

  private static class HashtableEntry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
    // END Android-changed: Renamed Entry -> HashtableEntry.
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        HashtableEntry<K,V> next;

        protected HashtableEntry(int hash, K key, V value, HashtableEntry<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key =  key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

  再看看hashmap中table数组对应的数据结构

  static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

  我就问你像不像？简直就是一模一样。
  那么，他俩的区别到底在哪呢？我们看一下put方法

 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.
        HashtableEntry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        HashtableEntry<K,V> entry = (HashtableEntry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }

        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }

  看见关键字了吗？synchronized！！！这代表什么？这代表hashtable是线程安全的。这就是它们俩的主要区别。当然，线程安全相对来说性能就会差一点，但还好。如果在不考虑线程安全的情况下我们用hashmap，效率更高。但是当我们有多个线程需要去修改删除获取数据的时候，那么我们还是用hashtable。

  对于hashmap的线程安全问题，java5开始推出了ConcurrentHashMap。这个数据结构大家可以去了解一下，它是如何做到线程安全的。也可以看看这篇文章ConcurrentHashMap (JDK7) 详解