HashMap与HashTable

• HashMap是线程不安全的，在多线程环境下会容易产生死循环，但是单线程环境下运行效率高；Hashtable线程安全的，很多方法都有synchronized修饰，但同时因为加锁导致单线程环境下效率较低。

• HashMap允许有一个key为null，允许多个value为null；而Hashtable不允许key或者value为null。

构造函数的比较:

HashMap:

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
    if (initialCapacity < 0)
        throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
                                           initialCapacity);
    if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
        initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
        throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
                                           loadFactor);
    this.loadFactor = loadFactor;
    this.threshold = tableSizeFor(initialCapacity);
}
​
//该方法返回大于等于cap的最小2次幂的整数
static final int tableSizeFor(int cap) {
    int n = cap - 1;
    n |= n >>> 1;
    n |= n >>> 2;
    n |= n >>> 4;
    n |= n >>> 8;
    n |= n >>> 16;
    return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
}

HashTable：

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 Entry<?,?>[initialCapacity];
    threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
}
​
public Hashtable() {
    this(11, 0.75f);
}

可以看出HashMap的底层数组的长度必须为2^n，这样做的好处是为以后的hash算法做准备，而Hashtable底层数组的长度可以为任意值，这就造成了当底层数组长度为合数的时候，Hashtable的hash算法散射不均匀，容易产生hash冲突。所以，可以清楚的看到Hashtable的默认构造函数底层数组长度为11（质数），至于为什么Hashtable的底层数组用质数较好，请参考博文：http://blog.csdn.net/liuqiyao_01/article/details/14475159；

HashMap扩容：

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; // 将阈值扩大为2倍
    }
    else if (oldThr > 0) // initial capacity was placed in threshold
        newCap = oldThr;
    else {               // 当threshold的为0的使用默认的容量，也就是16
        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"})
        //新建一个数组长度为原来2倍的数组
        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 { 
                    //HashMap在JDK1.8的时候改善了扩容机制，原数组索引i上的链表不需要再反转。
                    // 扩容之后的索引位置只能是i或者i+oldCap（原数组的长度）
                    // 所以我们只需要看hashcode新增的bit为0或者1。
                   // 假如是0扩容之后就在新数组索引i位置，新增为1，就在索引i+oldCap位置
                    Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                    Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                    Node<K,V> next;
                    do {
                        next = e.next;
                        // 新增bit为0，扩容之后在新数组的索引不变
                        if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                            if (loTail == null)
                                loHead = e;
                            else
                                loTail.next = e;
                            loTail = e;
                        }
                        else {  //新增bit为1，扩容之后在新数组索引变为i+oldCap（原数组的长度）
                            if (hiTail == null)
                                hiHead = e;
                            else
                                hiTail.next = e;
                            hiTail = e;
                        }
                    } while ((e = next) != null);
                    if (loTail != null) {
                        loTail.next = null;
                        //数组索引位置不变，插入原索引位置
                        newTab[j] = loHead;
                    }
                    if (hiTail != null) {
                        hiTail.next = null;
                        //数组索引位置变化为j + oldCap
                        newTab[j + oldCap] = hiHead;
                    }
                }
            }
        }
    }
    return newTab;
}

从源码中可以看出，HashMap数组的扩容的整体思想就是创建一个长度为原先2倍的数组。然后对原数组进行遍历和复制。只不过jdk1.8对扩容进行优化，使得扩容不再需要进行链表的反转，只需要知道hashcode新增的bit位为0还是1。如果是0就在原索引位置，新增索引是1就在oldIndex+oldCap位置。

HashTable扩容：

protected void rehash() {
    int oldCapacity = table.length;
    Entry<?,?>[] oldMap = table;
​
    // overflow-conscious code
    int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
    if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
        if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
            // Keep running with MAX_ARRAY_SIZE buckets
            return;
        newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
    }
    Entry<?,?>[] newMap = new Entry<?,?>[newCapacity];
​
    modCount++;
    threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    table = newMap;
​
    for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) {
        for (Entry<K,V> old = (Entry<K,V>)oldMap[i] ; old != null ; ) {
            Entry<K,V> e = old;
            old = old.next;
​
            int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity;
            //使用头插法将链表反序
            e.next = (Entry<K,V>)newMap[index];
            newMap[index] = e;
        }
    }
}

Hashtable的扩容将先创建一个长度为原长度2倍的数组，再使用头插法将链表进行反序。

总结

可以看出到jdk1.8 HashMap和Hashtable的区别越来越大，HashMap相较与之前的jdk做了很多的优化，最重要的是在内部实现结构上引进了红黑数还有扩容上的优化。Hashtable作为jdk1.2遗留下来的类，到jdk1.8没有大改，所以对数据的一致性要求较低的话可以使用ConcurrentHashMap来替代Hashtable。