JAVA的HashTable源码分析

//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;

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();
}
}

//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);
}

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;
}
}
}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;
}

// 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) {
// this shouldn't happen, since we are Cloneable
throw new InternalError();
}
}

// 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;
}

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;
}

//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;
}
}
}

public synchronized boolean containsKey(Object key) {
Entry tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
// 计算索引值，
// % tab.length 的目的是防止数据越界
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;
}

//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();
}
}

// 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();
}
}

// 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();
}
}

//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");
}
}

//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");
}
}

//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();
}
}
}

public boolean containsValue(Object value) {
return contains(value);
}public synchronized boolean contains(Object value) {
// Hashtable中“键值对”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 class Hashtable<K,V>extends Dictionary<K,V>implements Map<K,V>,Cloneable,java.io.Serializable {
//成员变量如上
//构造函数如上 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);
}
//contains()、containsValue()和containsKey（）如上 //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;
} //rehash()如上
//put()、clone（）如上
//remove()删除Hashtable中键为key的元素 // 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;
} 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;
} //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;
} // 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;
} // 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;
} 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++;
} private static final int KEYS = 0;
private static final int VALUES = 1;
private static final int ENTRIES = 2; private static Enumeration emptyEnumerator = new EmptyEnumerator();
private static Iterator emptyIterator = new EmptyIterator();
}

// 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;
}