Hashtable 的实现原理深入剖析

一、Hashtable的基本方法：

1、定义：

HashTable在Java中的定义如下：

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable

从中可以看出HashTable继承Dictionary类，实现Map接口。其中Dictionary类是任何可将键映射到相应值的类（如 Hashtable）的抽象父类。每个键和每个值都是一个对象。在任何一个 Dictionary 对象中，每个键至多与一个值相关联。Map是"key-value键值对"接口。

HashTable采用"拉链法"实现哈希表，它定义了几个重要的参数：table、count、threshold、loadFactor、modCount。

table：为一个Entry[]数组类型，Entry代表了“拉链”的节点，每一个Entry代表了一个键值对，哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。

count：HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。

threshold：Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。

loadFactor：加载因子。

modCount：用来实现“fail-fast”机制的（也就是快速失败）。所谓快速失败就是在并发集合中，其进行迭代操作时，若有其他线程对其进行结构性的修改，这时迭代器会立马感知到，并且立即抛出ConcurrentModificationException异常，而不是等到迭代完成之后才告诉你已经出错了。

2、构造方法：

在HashTabel中存在4个构造函数。通过这4个构造函数我们构建出一个我想要的HashTable。

public Hashtable() {
        this(11, 0.75f);
    }

 默认构造函数，容量为11，加载因子为0.75。

public Hashtable(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, 0.75f);
    }

用指定初始容量和默认的加载因子 (0.75) 构造一个新的空哈希表。

public Hashtable(int initialCapacity, float loadFactor) {
        //验证初始容量
        if (initialCapacity < 0)
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Capacity: "+
                                               initialCapacity);
        //验证加载因子
        if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
            throw new IllegalArgumentException("Illegal Load: "+loadFactor);

        if (initialCapacity==0)
            initialCapacity = 1;
       
        this.loadFactor = loadFactor;
       
        //初始化table，获得大小为initialCapacity的table数组
        table = new Entry[initialCapacity];
        //计算阀值
        threshold = (int)Math.min(initialCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);
    }

用指定初始容量和指定加载因子构造一个新的空哈希表。

public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) {
        //设置table容器大小，其值==t.size * 2 + 1
        this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f);
        putAll(t);
    }

构造一个与给定的 Map 具有相同映射关系的新哈希表。


3、主要方法：

 HashTable的API对外提供了许多方法，这些方法能够很好帮助我们操作HashTable，但是这里我只介绍两个最根本的方法：put、get。

（1）首先我们先看put方法：将指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。注意这里：键key和值value都不可为空。

public synchronized V put(K key, V value) {
        // 确保value不为null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        /*
         * 确保key在table[]是不重复的
         * 处理过程：
         * 1、计算key的hash值，确认在table[]中的索引位置
         * 2、迭代index索引位置，如果该位置处的链表中存在一个一样的key，则替换其value，返回旧值
         */
        Entry tab[] = table;
        int hash = hash(key);    //计算key的hash值
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;     //确认该key的索引位置
        //迭代，寻找该key，替换
        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;
            }
        }

        modCount++;
        if (count >= threshold) { 
           //如果容器中的元素数量已经达到阀值，则进行扩容操作
            rehash();
            tab = table;
            hash = hash(key);
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        }

        // 在索引位置处插入一个新的节点
        Entry<K,V> e = tab[index];
        tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
        //容器中元素+1
        count++;
        return null;
    }

put方法的整个处理流程是：计算key的hash值，根据hash值获得key在table数组中的索引位置，然后迭代该key处的Entry链表（我们暂且理解为链表），若该链表中存在一个这个的key对象，那么就直接替换其value值即可，否则在将改key-value节点插入该index索引位置处。

Hashtable的扩容操作，在put方法中，如果需要向table[]中添加Entry元素，会首先进行容量校验，如果容量已经达到了阀值，HashTable就会进行扩容处理rehash()，如下:

protected void rehash() {
        int oldCapacity = table.length;
        //元素
        Entry<K,V>[] oldMap = table;

        //新容量=旧容量 * 2 + 1
        int newCapacity = (oldCapacity << 1) + 1;
        if (newCapacity - MAX_ARRAY_SIZE > 0) {
            if (oldCapacity == MAX_ARRAY_SIZE)
                return;
            newCapacity = MAX_ARRAY_SIZE;
        }
       
        //新建一个size = newCapacity 的HashTable
        Entry<K,V>[] newMap = new Entry[newCapacity];

        modCount++;
        //重新计算阀值
        threshold = (int)Math.min(newCapacity * loadFactor, MAX_ARRAY_SIZE + 1);

        table = newMap;
        //将原来的元素拷贝到新的HashTable中
        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;
            }
        }
    }

在这个rehash()方法中我们可以看到容量扩大两倍+1，同时需要将原来HashTable中的元素一一复制到新的HashTable中，这个过程是比较消耗时间的，同时还需要重新计算 index 的，毕竟容量已经变了。这里对阀值说明一下：比如初始值11、加载因子默认0.75，那么这个时候阀值threshold=8，当容器中的元素达到8时，HashTable进行一次扩容操作，容量 = 11 * 2 + 1 =23，而阀值threshold=23 * 0.75 = 17，当容器元素再一次达到阀值时，HashTable还会进行扩容操作，依次类推。

（2）get方法就会比较简单，处理过程就是计算key的hash值，判断在table数组中的索引位置，然后迭代链表，匹配直到找到相对应key的value,若没有找到返回null。

public synchronized V get(Object key) {
        Entry tab[] = table;
        int hash = hash(key);
        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)) {
                return e.value;
            }
        }
        return null;
    }
 

二、Hashtable的三种遍历方式：

import java.util.Enumeration;
import java.util.Hashtable;
import java.util.Iterator;
import java.util.Map;
import java.util.Map.Entry;

public class HashTableTest {

public static void main(String args[]){
Hashtable<String, Integer> table = new Hashtable<String, Integer>();

table.put("zhangsan", 22);
table.put("lisi", 33);
table.put("wangwu", 44);

//[1]Iterator遍历方式1--键值对遍历entrySet()
Iterator<Entry<String, Integer>> iter = table.entrySet().iterator();
while(iter.hasNext()){
Map.Entry<String, Integer> entry = (Map.Entry<String, Integer>)iter.next();
String key = entry.getKey();
int value = entry.getValue();
System.out.println("entrySet:"+key+" "+value);
}

System.out.println("====================================");

//[2]Iterator遍历方式2--key键的遍历
Iterator<String> iterator = table.keySet().iterator();
while(iterator.hasNext()){
String key = (String)iterator.next();
int value = table.get(key);
System.out.println("keySet:"+key+" "+value);
}

System.out.println("====================================");

//[3]通过Enumeration来遍历Hashtable
Enumeration<String> enu = table.keys();
while(enu.hasMoreElements()) {
    System.out.println("Enumeration:"+table.keys()+" "+enu.nextElement());
}
}
}

输出结果：
entrySet:zhangsan 22
entrySet:lisi 33
entrySet:wangwu 44
====================================
keySet:zhangsan 22
keySet:lisi 33
keySet:wangwu 44
====================================
Enumeration:java.util.Hashtable$Enumerator@139a55 zhangsan
Enumeration:java.util.Hashtable$Enumerator@1db9742 lisi
Enumeration:java.util.Hashtable$Enumerator@106d69c wangwu
 

三、Hashtable 部分源码注释：


package java.util; 
import java.io.*; 

public class Hashtable<K,V> 
    extends Dictionary<K,V> 
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { 

    // 保存key-value的数组。 
    // Hashtable同样采用单链表解决冲突，每一个Entry本质上是一个单向链表 
    private transient Entry[] table; 

    // Hashtable中键值对的数量 
    private transient int count; 

    // 阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量（threshold = 容量*加载因子） 
    private int threshold; 

    // 加载因子 
    private float loadFactor; 

    // Hashtable被改变的次数，用于fail-fast机制的实现 
    private transient int modCount = 0; 

    // 序列版本号 
    private static final long serialVersionUID = 1421746759512286392L; 

    // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 
    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)(initialCapacity * loadFactor); 
    } 

    // 指定“容量大小”的构造函数 
    public Hashtable(int initialCapacity) { 
        this(initialCapacity, 0.75f); 
    } 

    // 默认构造函数。 
    public Hashtable() { 
        // 默认构造函数，指定的容量大小是11；加载因子是0.75 
        this(11, 0.75f); 
    } 

    // 包含“子Map”的构造函数 
    public Hashtable(Map<? extends K, ? extends V> t) { 
        this(Math.max(2*t.size(), 11), 0.75f); 
        // 将“子Map”的全部元素都添加到Hashtable中 
        putAll(t); 
    } 

    public synchronized int size() { 
        return count; 
    } 

    public synchronized boolean isEmpty() { 
        return count == 0; 
    } 

    // 返回“所有key”的枚举对象 
    public synchronized Enumeration<K> keys() { 
        return this.<K>getEnumeration(KEYS); 
    } 

    // 返回“所有value”的枚举对象 
    public synchronized Enumeration<V> elements() { 
        return this.<V>getEnumeration(VALUES); 
    } 

    // 判断Hashtable是否包含“值(value)” 
    public synchronized boolean contains(Object value) { 
        //注意，Hashtable中的value不能是null， 
        // 若是null的话，抛出异常! 
        if (value == null) { 
            throw new NullPointerException(); 
        } 

        // 从后向前遍历table数组中的元素(Entry) 
        // 对于每个Entry(单向链表)，逐个遍历，判断节点的值是否等于value 
        Entry tab[] = table; 
        for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) { 
            for (Entry<K,V> 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); 
    } 

    // 判断Hashtable是否包含key 
    public synchronized boolean containsKey(Object key) { 
        Entry tab[] = table; 
//计算hash值，直接用key的hashCode代替
        int hash = key.hashCode();   
        // 计算在数组中的索引值
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 
        // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素 
        for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 
                return true; 
            } 
        } 
        return false; 
    } 

    // 返回key对应的value，没有的话返回null 
    public synchronized V get(Object key) { 
        Entry tab[] = table; 
        int hash = key.hashCode(); 
        // 计算索引值， 
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 
        // 找到“key对应的Entry(链表)”，然后在链表中找出“哈希值”和“键值”与key都相等的元素 
        for (Entry<K,V> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) { 
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 
                return e.value; 
            } 
        } 
        return null; 
    } 

    // 调整Hashtable的长度，将长度变成原来的2倍+1
    protected void rehash() { 
        int oldCapacity = table.length; 
        Entry[] oldMap = table; 

//创建新容量大小的Entry数组
        int newCapacity = oldCapacity * 2 + 1; 
        Entry[] newMap = new Entry[newCapacity]; 

        modCount++; 
        threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 
        table = newMap; 

//将“旧的Hashtable”中的元素复制到“新的Hashtable”中
for (int i = oldCapacity ; i-- > 0 ;) { 
            for (Entry<K,V> old = oldMap[i] ; old != null ; ) { 
                Entry<K,V> e = old; 
                old = old.next; 
//重新计算index
                int index = (e.hash & 0x7FFFFFFF) % newCapacity; 
                e.next = newMap[index]; 
                newMap[index] = e; 
            } 
        } 
    } 

    // 将“key-value”添加到Hashtable中 
    public synchronized V put(K key, V value) { 
        // Hashtable中不能插入value为null的元素！！！ 
        if (value == null) { 
            throw new NullPointerException(); 
        } 

        // 若“Hashtable中已存在键为key的键值对”， 
        // 则用“新的value”替换“旧的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中不存在键为key的键值对”，
        // 将“修改统计数”+1 
        modCount++; 
        //  若“Hashtable实际容量” > “阈值”(阈值=总的容量 * 加载因子) 
        //  则调整Hashtable的大小 
        if (count >= threshold) {
           rehash();

            tab = table; 
            index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 
        } 

        //将新的key-value对插入到tab[index]处（即链表的头结点）
        Entry<K,V> e = tab[index];        
        tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 
        count++; 
        return null; 
    } 

    // 删除Hashtable中键为key的元素 
    public synchronized V remove(Object key) { 
        Entry tab[] = table; 
        int hash = key.hashCode(); 
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 

        //从table[index]链表中找出要删除的节点，并删除该节点。
//因为是单链表，因此要保留带删节点的前一个节点，才能有效地删除节点
        for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null ; e != null ; prev = e, e = e.next) { 
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) { 
                modCount++; 
                if (prev != null) { 
                    prev.next = e.next; 
                } else { 
                    tab[index] = e.next; 
                } 
                count--; 
                V oldValue = e.value; 
                e.value = null; 
                return oldValue; 
            } 
        } 
        return null; 
    } 

    // 将“Map(t)”的中全部元素逐一添加到Hashtable中 
    public synchronized void putAll(Map<? extends K, ? extends V> t) { 
        for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : t.entrySet()) 
            put(e.getKey(), e.getValue()); 
    } 

    // 清空Hashtable 
    // 将Hashtable的table数组的值全部设为null 
    public synchronized void clear() { 
        Entry tab[] = table; 
        modCount++; 
        for (int index = tab.length; --index >= 0; ) 
            tab[index] = null; 
        count = 0; 
    } 

    // 克隆一个Hashtable，并以Object的形式返回。 
    public synchronized Object clone() { 
        try { 
            Hashtable<K,V> t = (Hashtable<K,V>) super.clone(); 
            t.table = new Entry[table.length]; 
            for (int i = table.length ; i-- > 0 ; ) { 
                t.table[i] = (table[i] != null) 
                ? (Entry<K,V>) table[i].clone() : null; 
            } 
            t.keySet = null; 
            t.entrySet = null; 
            t.values = null; 
            t.modCount = 0; 
            return t; 
        } catch (CloneNotSupportedException e) {  
            throw new InternalError(); 
        } 
    } 

    public synchronized String toString() { 
        int max = size() - 1; 
        if (max == -1) 
            return "{}"; 

        StringBuilder sb = new StringBuilder(); 
        Iterator<Map.Entry<K,V>> it = entrySet().iterator(); 

        sb.append('{'); 
        for (int i = 0; ; i++) { 
            Map.Entry<K,V> e = it.next(); 
            K key = e.getKey(); 
            V value = e.getValue(); 
            sb.append(key   == this ? "(this Map)" : key.toString()); 
            sb.append('='); 
            sb.append(value == this ? "(this Map)" : value.toString()); 

            if (i == max) 
                return sb.append('}').toString(); 
            sb.append(", "); 
        } 
    } 

    // 获取Hashtable的枚举类对象 
    // 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空枚举类”对象； 
    // 否则，返回正常的Enumerator的对象。
    private <T> Enumeration<T> getEnumeration(int type) { 
    if (count == 0) { 
        return (Enumeration<T>)emptyEnumerator; 
    } else { 
        return new Enumerator<T>(type, false); 
    } 
    } 

    // 获取Hashtable的迭代器 
    // 若Hashtable的实际大小为0,则返回“空迭代器”对象； 
    // 否则，返回正常的Enumerator的对象。(Enumerator实现了迭代器和枚举两个接口) 
    private <T> Iterator<T> getIterator(int type) { 
        if (count == 0) { 
            return (Iterator<T>) emptyIterator; 
        } else { 
            return new Enumerator<T>(type, true); 
        } 
    } 

    // Hashtable的“key的集合”。它是一个Set，没有重复元素 
    private transient volatile Set<K> keySet = null; 
    // Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Set，没有重复元素 
    private transient volatile Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null; 
    // Hashtable的“key-value的集合”。它是一个Collection，可以有重复元素 
    private transient volatile Collection<V> values = null; 

    // 返回一个被synchronizedSet封装后的KeySet对象 
    // synchronizedSet封装的目的是对KeySet的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步 
    public Set<K> keySet() { 
        if (keySet == null) 
            keySet = Collections.synchronizedSet(new KeySet(), this); 
        return keySet; 
    } 

    // Hashtable的Key的Set集合。 
    // KeySet继承于AbstractSet，所以，KeySet中的元素没有重复的。 
    private class KeySet extends AbstractSet<K> { 
        public Iterator<K> iterator() { 
            return getIterator(KEYS); 
        } 
        public int size() { 
            return count; 
        } 
        public boolean contains(Object o) { 
            return containsKey(o); 
        } 
        public boolean remove(Object o) { 
            return Hashtable.this.remove(o) != null; 
        } 
        public void clear() { 
            Hashtable.this.clear(); 
        } 
    } 

    // 返回一个被synchronizedSet封装后的EntrySet对象 
    // synchronizedSet封装的目的是对EntrySet的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步 
    public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 
        if (entrySet==null) 
            entrySet = Collections.synchronizedSet(new EntrySet(), this); 
        return entrySet; 
    } 

    // Hashtable的Entry的Set集合。 
    // EntrySet继承于AbstractSet，所以，EntrySet中的元素没有重复的。 
    private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 
        public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 
            return getIterator(ENTRIES); 
        } 

        public boolean add(Map.Entry<K,V> o) { 
            return super.add(o); 
        } 

        // 查找EntrySet中是否包含Object(0) 
        // 首先，在table中找到o对应的Entry链表 
        // 然后，查找Entry链表中是否存在Object 
        public boolean contains(Object o) { 
            if (!(o instanceof Map.Entry)) 
                return false; 
            Map.Entry entry = (Map.Entry)o; 
            Object key = entry.getKey(); 
            Entry[] tab = table; 
            int hash = key.hashCode(); 
            int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 

            for (Entry e = tab[index]; e != null; e = e.next) 
                if (e.hash==hash && e.equals(entry)) 
                    return true; 
            return false; 
        } 

        // 删除元素Object(0) 
        // 首先，在table中找到o对应的Entry链表
        // 然后，删除链表中的元素Object 
        public boolean remove(Object o) { 
            if (!(o instanceof Map.Entry)) 
                return false; 
            Map.Entry<K,V> entry = (Map.Entry<K,V>) o; 
            K key = entry.getKey(); 
            Entry[] tab = table; 
            int hash = key.hashCode(); 
            int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 

            for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null; 
                 prev = e, e = e.next) { 
                if (e.hash==hash && e.equals(entry)) { 
                    modCount++; 
                    if (prev != null) 
                        prev.next = e.next; 
                    else
                        tab[index] = e.next; 

                    count--; 
                    e.value = null; 
                    return true; 
                } 
            } 
            return false; 
        } 

        public int size() { 
            return count; 
        } 

        public void clear() { 
            Hashtable.this.clear(); 
        } 
    } 

    // 返回一个被synchronizedCollection封装后的ValueCollection对象 
    // synchronizedCollection封装的目的是对ValueCollection的所有方法都添加synchronized，实现多线程同步 
    public Collection<V> values() { 
    if (values==null) 
        values = Collections.synchronizedCollection(new ValueCollection(), 
                                                        this); 
        return values; 
    } 

    // Hashtable的value的Collection集合。 
    // ValueCollection继承于AbstractCollection，所以，ValueCollection中的元素可以重复的。 
    private class ValueCollection extends AbstractCollection<V> { 
        public Iterator<V> iterator() { 
        return getIterator(VALUES); 
        } 
        public int size() { 
            return count; 
        } 
        public boolean contains(Object o) { 
            return containsValue(o); 
        } 
        public void clear() { 
            Hashtable.this.clear(); 
        } 
    } 

    // 重新equals()函数 
    // 若两个Hashtable的所有key-value键值对都相等，则判断它们两个相等 
    public synchronized boolean equals(Object o) { 
        if (o == this) 
            return true; 

        if (!(o instanceof Map)) 
            return false; 
        Map<K,V> t = (Map<K,V>) o; 
        if (t.size() != size()) 
            return false; 

        try { 
            // 通过迭代器依次取出当前Hashtable的key-value键值对 
            // 并判断该键值对，存在于Hashtable中。 
            // 若不存在，则立即返回false；否则，遍历完“当前Hashtable”并返回true。 
            Iterator<Map.Entry<K,V>> i = entrySet().iterator(); 
            while (i.hasNext()) { 
                Map.Entry<K,V> e = i.next(); 
                K key = e.getKey(); 
                V value = e.getValue(); 
                if (value == null) { 
                    if (!(t.get(key)==null && t.containsKey(key))) 
                        return false; 
                } else { 
                    if (!value.equals(t.get(key))) 
                        return false; 
                } 
            } 
        } catch (ClassCastException unused)   { 
            return false; 
        } catch (NullPointerException unused) { 
            return false; 
        } 

        return true; 
    } 

    // 计算Entry的hashCode 
    // 若 Hashtable的实际大小为0 或者 加载因子<0，则返回0。 
    // 否则，返回“Hashtable中的每个Entry的key和value的异或值 的总和”。 
    public synchronized int hashCode() { 
        int h = 0; 
        if (count == 0 || loadFactor < 0) 
            return h;  // Returns zero 

        loadFactor = -loadFactor;  // Mark hashCode computation in progress 
        Entry[] tab = table; 
        for (int i = 0; i < tab.length; i++) 
            for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next) 
                h += e.key.hashCode() ^ e.value.hashCode(); 
        loadFactor = -loadFactor;  // Mark hashCode computation complete 

        return h; 
    } 

    // java.io.Serializable的写入函数 
    // 将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”都写入到输出流中 
    private synchronized void writeObject(java.io.ObjectOutputStream s) 
        throws IOException 
    { 
        // Write out the length, threshold, loadfactor 
        s.defaultWriteObject(); 

        // Write out length, count of elements and then the key/value objects 
        s.writeInt(table.length); 
        s.writeInt(count); 
        for (int index = table.length-1; index >= 0; index--) { 
            Entry entry = table[index]; 

            while (entry != null) { 
            s.writeObject(entry.key); 
            s.writeObject(entry.value); 
            entry = entry.next; 
            } 
        } 
    } 

    // java.io.Serializable的读取函数：根据写入方式读出 
    // 将Hashtable的“总的容量，实际容量，所有的Entry”依次读出 
    private void readObject(java.io.ObjectInputStream s) 
         throws IOException, ClassNotFoundException 
    { 
        // Read in the length, threshold, and loadfactor 
        s.defaultReadObject(); 

        // Read the original length of the array and number of elements 
        int origlength = s.readInt(); 
        int elements = s.readInt(); 

        // Compute new size with a bit of room 5% to grow but 
        // no larger than the original size.  Make the length 
        // odd if it's large enough, this helps distribute the entries. 
        // Guard against the length ending up zero, that's not valid. 
        int length = (int)(elements * loadFactor) + (elements / 20) + 3; 
        if (length > elements && (length & 1) == 0) 
            length--; 
        if (origlength > 0 && length > origlength) 
            length = origlength; 

        Entry[] table = new Entry[length]; 
        count = 0; 

        // Read the number of elements and then all the key/value objects 
        for (; elements > 0; elements--) { 
            K key = (K)s.readObject(); 
            V value = (V)s.readObject(); 
                // synch could be eliminated for performance 
                reconstitutionPut(table, key, value); 
        } 
        this.table = table; 
    } 

    private void reconstitutionPut(Entry[] tab, K key, V value) 
        throws StreamCorruptedException 
    { 
        if (value == null) { 
            throw new java.io.StreamCorruptedException(); 
        } 
        // Makes sure the key is not already in the hashtable. 
        // This should not happen in deserialized version. 
        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)) { 
                throw new java.io.StreamCorruptedException(); 
            } 
        } 
        // Creates the new entry. 
        Entry<K,V> e = tab[index]; 
        tab[index] = new Entry<K,V>(hash, key, value, e); 
        count++; 
    } 

    // Hashtable的Entry节点，它本质上是一个单向链表。 
    // 也因此，我们才能推断出Hashtable是由拉链法实现的散列表 
    private static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> { 
        // 哈希值 
        int hash; 
        K key; 
        V value; 
        // 指向的下一个Entry，即链表的下一个节点 
        Entry<K,V> next; 

        // 构造函数 
        protected Entry(int hash, K key, V value, Entry<K,V> next) { 
            this.hash = hash; 
            this.key = key; 
            this.value = value; 
            this.next = next; 
        } 

        protected Object clone() { 
            return new Entry<K,V>(hash, key, value, 
                  (next==null ? null : (Entry<K,V>) next.clone())); 
        } 

        public K getKey() { 
            return key; 
        } 

        public V getValue() { 
            return value; 
        } 

        // 设置value。若value是null，则抛出异常。 
        public V setValue(V value) { 
            if (value == null) 
                throw new NullPointerException(); 

            V oldValue = this.value; 
            this.value = value; 
            return oldValue; 
        } 

        // 覆盖equals()方法，判断两个Entry是否相等。 
        // 若两个Entry的key和value都相等，则认为它们相等。 
        public boolean equals(Object o) { 
            if (!(o instanceof Map.Entry)) 
                return false; 
            Map.Entry e = (Map.Entry)o; 

            return (key==null ? e.getKey()==null : key.equals(e.getKey())) && 
               (value==null ? e.getValue()==null : value.equals(e.getValue())); 
        } 

        public int hashCode() { 
            return hash ^ (value==null ? 0 : value.hashCode()); 
        } 

        public String toString() { 
            return key.toString()+"="+value.toString(); 
        } 
    } 

    private static final int KEYS = 0; 
    private static final int VALUES = 1; 
    private static final int ENTRIES = 2; 

    // Enumerator的作用是提供了“通过elements()遍历Hashtable的接口” 和 “通过entrySet()遍历Hashtable的接口”。 
    private class Enumerator<T> implements Enumeration<T>, Iterator<T> { 
        // 指向Hashtable的table 
        Entry[] table = Hashtable.this.table; 
        // Hashtable的总的大小 
        int index = table.length; 
        Entry<K,V> entry = null; 
        Entry<K,V> lastReturned = null; 
        int type; 

        // Enumerator是 “迭代器(Iterator)” 还是 “枚举类(Enumeration)”的标志 
        // iterator为true，表示它是迭代器；否则，是枚举类。 
        boolean iterator; 

        // 在将Enumerator当作迭代器使用时会用到，用来实现fail-fast机制。 
        protected int expectedModCount = modCount; 

        Enumerator(int type, boolean iterator) { 
            this.type = type; 
            this.iterator = iterator; 
        } 

        // 从遍历table的数组的末尾向前查找，直到找到不为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; 
        } 

        // 获取下一个元素 
        // 注意：从hasMoreElements() 和nextElement() 可以看出“Hashtable的elements()遍历方式” 
        // 首先，从后向前的遍历table数组。table数组的每个节点都是一个单向链表(Entry)。 
        // 然后，依次向后遍历单向链表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"); 
        } 

        // 迭代器Iterator的判断是否存在下一个元素 
        // 实际上，它是调用的hasMoreElements() 
        public boolean hasNext() { 
            return hasMoreElements(); 
        } 

        // 迭代器获取下一个元素 
        // 实际上，它是调用的nextElement() 
        public T next() { 
            if (modCount != expectedModCount) 
                throw new ConcurrentModificationException(); 
            return nextElement(); 
        } 

        // 迭代器的remove()接口。 
        // 首先，它在table数组中找出要删除元素所在的Entry， 
        // 然后，删除单向链表Entry中的元素。 
        public void remove() { 
            if (!iterator) 
                throw new UnsupportedOperationException(); 
            if (lastReturned == null) 
                throw new IllegalStateException("Hashtable Enumerator"); 
            if (modCount != expectedModCount) 
                throw new ConcurrentModificationException(); 

            synchronized(Hashtable.this) { 
                Entry[] tab = Hashtable.this.table; 
                int index = (lastReturned.hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 

                for (Entry<K,V> e = tab[index], prev = null; e != null; 
                     prev = e, e = e.next) { 
                    if (e == lastReturned) { 
                        modCount++; 
                        expectedModCount++; 
                        if (prev == null) 
                            tab[index] = e.next; 
                        else
                            prev.next = e.next; 
                        count--; 
                        lastReturned = null; 
                        return; 
                    } 
                } 
                throw new ConcurrentModificationException(); 
            } 
        } 
    } 


    private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator(); 
    private static Iterator emptyIterator = new EmptyIterator(); 

    // 空枚举类 
    // 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过Enumeration遍历Hashtable时，返回的是“空枚举类”的对象。 
    private static class EmptyEnumerator implements Enumeration<Object> { 

        EmptyEnumerator() { 
        } 

        // 空枚举类的hasMoreElements() 始终返回false 
        public boolean hasMoreElements() { 
            return false; 
        } 

        // 空枚举类的nextElement() 抛出异常 
        public Object nextElement() { 
            throw new NoSuchElementException("Hashtable Enumerator"); 
        } 
    } 


    // 空迭代器 
    // 当Hashtable的实际大小为0；此时，又要通过迭代器遍历Hashtable时，返回的是“空迭代器”的对象。 
    private static class EmptyIterator implements Iterator<Object> { 

        EmptyIterator() { 
        } 

        public boolean hasNext() { 
            return false; 
        } 

        public Object next() { 
            throw new NoSuchElementException("Hashtable Iterator"); 
        } 

        public void remove() { 
            throw new IllegalStateException("Hashtable Iterator"); 
        } 

    } 
}


 
四、Hashtable和HashMap的相同点：

HashMap和Hashtable都是存储“键值对(key-value)”的散列表，而且都是采用拉链法实现的。

存储的思想都是：通过table数组存储，数组的每一个元素都是一个Entry；而一个Entry就是一个单向链表，Entry链表中的每一个节点就保存了key-value键值对数据。

添加key-value键值对：首先，根据key值计算出哈希值，再计算出数组索引(即，该key-value在table中的索引)。然后，根据数组索引找到Entry(即，单向链表)，再遍历单向链表，将key和链表中的每一个节点的key进行对比。若key已经存在Entry链表中，则用该value值取代旧的value值；若key不存在Entry链表中，则新建一个key-value节点，并将该节点插入Entry链表的表头位置。

删除key-value键值对：删除键值对，相比于“添加键值对”来说，简单很多。首先，还是根据key计算出哈希值，再计算出数组索引(即，该key-value在table中的索引)。然后，根据索引找出Entry(即，单向链表)。若节点key-value存在与链表Entry中，则删除链表中的节点即可。


 
五、Hashtable与HashMap的区别：

1、继承的父类不同：

Hashtable继承的是Dictionary类，HashMap继承的是AbstractMap，但两者都实现了Map接口。

HashMap 继承于AbstractMap，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
Hashtable 继承于Dictionary，实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。

HashMap的定义:

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable { ... }

Hashtable的定义:

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable { ... }

(1) HashMap和Hashtable都实现了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
      实现了Map接口，意味着它们都支持key-value键值对操作。支持“添加key-value键值对”、“获取key”、“获取value”、“获取map大小”、“清空map”等基本的key-value键值对操作。
      实现了Cloneable接口，意味着它能被克隆。
      实现了java.io.Serializable接口，意味着它们支持序列化，能通过序列化去传输。

(2). HashMap继承于AbstractMap，而Hashtable继承于Dictionary
      Dictionary是一个抽象类，它直接继承于Object类，没有实现任何接口。虽然Dictionary也支持“添加key-value键值对”、“获取value”、“获取大小”等基本操作，但它的API函数比Map少；而且Dictionary一般是通过Enumeration(枚举类)去遍历，Map则是通过Iterator(迭代器)去遍历。 然而‘由于Hashtable也实现了Map接口，所以，它即支持Enumeration遍历，也支持Iterator遍历。
      AbstractMap是一个抽象类，它实现了Map接口的绝大部分API函数；为Map的具体实现类提供了极大的便利。


2、是否允许null：

HashMap可以允许存在一个 null 的 key 和任意个 null 的 value，不过建议尽量避免这样使用null作为 key，HashMap以null作为key时，总是存储在table数组的第一个节点table[0]为头结点的链表中；Hashtable中的 key 和 value 都不允许为 null 。

在HashMap中，当get()方法返回null值时，可能是 HashMap中没有该键，也可能使该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键， 而应该用containsKey()方法来判断。

（1）当HashMap遇到为null的key时，它会调用putForNullKey方法来进行处理。对于value没有进行任何处理，只要是对象都可以。

if (key == null)
            return putForNullKey(value);

（2）如果在Hashtable中有类似put(null,null)的操作，编译时可以通过，因为key和value都是Object类型，但运行时会抛出NullPointerException异常。

if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

3、Hashtable的方法是线程安全的，底层的每个方法都使用synchronized的，而HashMap的方法多线程不安全。

虽然HashMap不是线程安全的，但是它的效率会比Hashtable要好很多。当需要多线程操作的时候可以使用线程安全的ConcurrentHashMap。ConcurrentHashMap虽然也是线程安全的，但是它的效率比Hashtable要高好多倍。因为ConcurrentHashMap使用了分段锁，并不对整个数据进行锁定。

4、遍历不同：HashMap仅支持Iterator的遍历方式，Hashtable支持Iterator和Enumeration两种遍历方式。

Iterator和Enumeration函数接口不同：

        Enumeration只有2个函数接口。通过Enumeration，我们只能读取集合的数据，而不能对数据进行修改。
        Iterator只有3个函数接口。Iterator除了能读取集合的数据之外，也能数据进行删除操作。

package java.util;

public interface Enumeration<E> {

    boolean hasMoreElements();

    E nextElement();
}

package java.util;

public interface Iterator<E> {
    boolean hasNext();

    E next();

    void remove();
}


Iterator支持fail-fast机制，而Enumeration不支持：

        Enumeration 是JDK 1.0添加的接口。使用到它的函数包括Vector、Hashtable等类，这些类都是JDK 1.0中加入的，Enumeration存在的目的就是为它们提供遍历接口。Enumeration本身并没有支持同步，而在Vector、Hashtable实现Enumeration时，添加了同步。
        而Iterator 是JDK 1.2才添加的接口，它也是为了HashMap、ArrayList等集合提供遍历接口。Iterator是支持fail-fast机制的：当多个线程对同一个集合的内容进行操作时，就可能会产生fail-fast事件。


（1）HashMap 的Iterator 使用的是fail-fast 迭代器，当有其他线程改变了 HashMap 的结构（增加、删除、修改元素），将会抛出ConcurrentModificationException。

（2）JDK8之前的版本中，Hashtable是没有fast-fail机制的。在JDK8及以后的版本中 ，HashTable也是使用fast-fail的， 源码如下： 

if (expectedModCount != modCount) {
     throw new ConcurrentModificationException();
  }

modCount 的使用类似于并发编程中的 CAS( Compare and Swap) 技术，每次在发生增删改操作的时候，都会出现modCount++的动作，而modcount可以理解为是当前hashtable的状态。每发生一次操作，状态+1。设置这个状态，主要是用于hashtable 等容器类在迭代时，判断数据是否过时时使用的。尽管hashtable采用了原生的同步锁来保护数据安全。但是在出现迭代数据的时候，则无法保证边迭代，边正确操作。于是使用这个值来标记状态。一旦在迭代的过程中状态发生了改变，则会快速抛出一个异常，终止迭代行为。

5、是否提供contains方法：

（1）HashMap把Hashtable的contains()方法去掉了，改成containsValue 和 containsKey ，因为contains() 方法容易让人引起误解；

（2）Hashtable则保留了contains，containsValue 和 containsKey 三个方法 ，其中 contains 和 containsValue 功能相同。

6、内部实现使用的数值初始化 和 扩容方式不同：

HashMap默认的容量大小是16；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2”。
Hashtable默认的容量大小是11；增加容量时，每次将容量变为“原始容量x2 + 1”。

HashMap默认的“加载因子”是0.75, 默认的容量大小是16。

当HashMap的 “实际容量” >= “阈值”时，(阈值 = 总的容量 * 加载因子)，就将HashMap的容量翻倍。

Hashtable默认的“加载因子”是0.75, 默认的容量大小是11。

当Hashtable的 “实际容量” >= “阈值”时，(阈值 = 总的容量 x 加载因子)，就将变为“原始容量x2 + 1”。

（1）两者的默认负载因子都是0.75，但Hashtable扩容时，容量变为原来的2倍+1，HashMap扩容时，将容量变成原来的2倍；Hashtable在不制定容量的情况下默认容量是11，也就是说Hashtable会尽量使用素数、奇数，而HashMap 的默认容量 为16，Hashtable不要求底层数组的容量为2的整数次幂，而 HashMap 要求一定为2的整数次幂。

（2）之所以会有这样的不同，是因为Hashtable和HashMap设计时的侧重点不同。Hashtable的侧重点是哈希的结果更加均匀，使得哈希冲突减少。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。而HashMap则更加关注hash的计算效率问题。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。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。这从而导致了Hashtable和HashMap的计算hash值的方法不同。

7、hash 值不同：

（1）Hashtable直接使用Object的hashCode()，hashCode是JDK根据对象的地址或者字符串或者数字算出来的int类型的数值，然后再使用去取模运算来获得最终的位置。 这里一般先用 hash & 0x7FFFFFFF 后，再对length取模，&0x7FFFFFFF的目的是为了将负的hash值转化为正值，因为hash值有可能为负数，而 hash & 0x7FFFFFFF 后，只有符号外改变，而后面的位都不变。Hashtable在计算元素的位置时需要进行一次除法运算，而除法运算是比较耗时的。 

int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

（2）为了提高计算效率，HashMap 将哈希表的大小固定为了2的幂，这样在取模预算时，不需要做除法，只需要做位运算。位运算比除法的效率要高很多。HashMap的效率虽然提高了，但是hash冲突却也增加了。因为它得出的hash值的低位相同的概率比较高，HashMap的效率虽然提高了，但是hash冲突却也增加了。因为它得出的hash值的低位相同的概率比较高。而计算位运算为了解决这个问题，HashMap重新根据hashcode计算hash值后，又对hash值做了一些运算来打散数据。使得取得的位置更加分散，从而减少了hash冲突。当然了，为了高效，HashMap只做了一些简单的位处理。从而不至于把使用2 的幂次方带来的效率提升给抵消掉。

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