Java中HashMap和Hashtable的区别

技术背景

在Java编程中，HashMap 和 Hashtable 都是用于存储键值对的数据结构，它们都利用哈希技术来存储唯一的键。Hashtable 是JDK 1.0中引入的遗留类，而 HashMap 是JDK 1.2中作为Java集合框架的一部分引入的。随着Java的发展，了解它们之间的区别对于选择合适的数据结构至关重要。

实现步骤

1. 同步性

• Hashtable：是同步的，这意味着同一时间只有一个线程可以修改哈希表。任何线程在对 Hashtable 进行更新操作之前，都必须获取该对象的锁，其他线程则需要等待锁被释放。这使得 Hashtable 适合在多线程环境中使用，但会带来一定的性能开销。
• HashMap：是非同步的，不是线程安全的，因此在多线程环境中使用时，如果没有适当的同步代码，不能在多个线程之间共享。不过，在单线程环境中，由于不需要进行同步操作，HashMap 的性能通常更好。

2. 对null的支持

• Hashtable：不允许使用null作为键或值。如果尝试插入null键或值，会抛出 NullPointerException。
• HashMap：允许使用一个null键和任意数量的null值。

3. 迭代器和枚举器

• Hashtable：可以通过枚举器（Enumeration）和迭代器（Iterator）进行遍历。枚举器是fail-safe的，即当集合在迭代过程中被修改时，不会抛出异常；而迭代器是fail-fast的，如果在迭代过程中集合被结构修改（除了迭代器自身的 remove() 方法），会抛出 ConcurrentModificationException。
• HashMap：只能通过迭代器进行遍历，并且迭代器是fail-fast的。

4. 继承关系

• Hashtable：继承自 Dictionary 类，该类现在已被视为过时，从JDK 1.2开始，Hashtable 被重新设计以实现 Map 接口，成为Java集合框架的一员。
• HashMap：继承自 AbstractMap 类，并且从一开始就是Java集合框架的成员。

5. 初始容量和负载因子

• Hashtable：默认初始容量为11，负载因子为0.75。
• HashMap：默认初始容量为16，负载因子同样为0.75。

6. 结构修改处理（Java 8及以后）

• Hashtable：在发生哈希冲突时，会将映射条目存储在链表中。
• HashMap：在Java 8中，如果哈希桶中的节点数量超过8个，链表会转换为红黑树；当桶中的节点数量减少到6个以下时，红黑树会转换回链表。这一改进提高了在高哈希冲突情况下的查找性能，最坏情况下的时间复杂度从O(n)降低到O(log n)。

核心代码

Hashtable示例

import java.util.Hashtable;
import java.util.Map;

public class HashtableExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> states = new Hashtable<>();
        states.put(1, "INDIA");
        states.put(2, "USA");
        // states.put(3, null); // 会抛出NullPointerException
        System.out.println(states.get(1));
        System.out.println(states.get(2));
    }
}

HashMap示例

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> states = new HashMap<>();
        states.put(1, "INDIA");
        states.put(2, "USA");
        states.put(3, null);
        states.put(null, "UK");
        System.out.println(states.get(1));
        System.out.println(states.get(2));
        System.out.println(states.get(3));
        System.out.println(states.get(null));
    }
}

最佳实践

• 单线程环境：如果应用程序是单线程的，建议使用 HashMap，因为它的性能更好，并且允许使用null键和值。
• 多线程环境：
  • 如果需要完全的线程安全，可以使用 Hashtable，但要注意其性能开销。
  • 更好的选择是使用 ConcurrentHashMap，它是Java 5引入的，提供了比 Hashtable 更好的可扩展性。
  • 如果只需要在某些操作上进行同步，可以使用 Collections.synchronizedMap() 方法将 HashMap 转换为同步的映射。

import java.util.Collections;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class SynchronizedHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> hashMap = new HashMap<>();
        Map<Integer, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(hashMap);
        synchronized (synchronizedMap) {
            synchronizedMap.put(1, "Value");
        }
    }
}

常见问题

1. 为什么 Hashtable 被认为是遗留类？

Hashtable 是JDK 1.0中引入的，随着Java集合框架的发展，它的设计和功能已经有了更好的替代方案。例如，ConcurrentHashMap 提供了更好的并发性能，而 HashMap 在单线程环境中性能更优。此外，Hashtable 继承自过时的 Dictionary 类，其API也不如现代的集合类简洁和灵活。

2. HashMap 的迭代器为什么是fail-fast的？

HashMap 的迭代器设计为fail-fast是为了快速检测到并发修改，避免在迭代过程中出现数据不一致的问题。当检测到并发修改时，迭代器会立即抛出 ConcurrentModificationException，提醒开发者需要处理并发问题。

3. ConcurrentHashMap 和 Hashtable 有什么区别？

• 同步粒度：Hashtable 对整个哈希表进行同步，同一时间只有一个线程可以访问；而 ConcurrentHashMap 采用分段锁或CAS（Compare-And-Swap）机制，允许多个线程同时访问不同的段，提高了并发性能。
• 读操作：Hashtable 的读操作也是同步的，而 ConcurrentHashMap 的读操作通常不需要加锁，因此在高并发读的场景下性能更好。
• 对null的支持：ConcurrentHashMap 不允许使用null键或值，与 Hashtable 相同。