概要

學完了Map的全部內容，我們再回頭開開Map的框架圖。

第1部分 Map概括

(01) Map 是“鍵值對”對映的抽象介面。
(02) AbstractMap 實現了Map中的絕大部分函式介面。它減少了“Map的實現類”的重複編碼。
(03) SortedMap 有序的“鍵值對”對映介面。
(04) NavigableMap 是繼承於SortedMap的，支援導航函式的介面。
(05) HashMap, Hashtable, TreeMap, WeakHashMap這4個類是“鍵值對”對映的實現類。它們各有區別！

 是基於“拉鍊法”實現的散列表。一般用於單執行緒程式中。
 也是基於“拉鍊法”實現的散列表。它一般用於多執行緒程式中。
 也是基於“拉鍊法”實現的散列表，它一般也用於單執行緒程式中。相比HashMap，WeakHashMap中的鍵是“弱鍵”，當“弱鍵”被GC回收時，它對應的鍵值對也會被從WeakHashMap中刪除；而HashMap中的鍵是強鍵。
 是有序的散列表，它是通過紅黑樹實現的。它一般用於單執行緒中儲存有序的對映。

第2部分 HashMap和Hashtable異同

第2.1部分 HashMap和Hashtable的相同點

HashMap和Hashtable都是儲存“鍵值對(key-value)”的散列表，而且都是採用拉鍊法實現的。
儲存的思想都是：通過table陣列儲存，陣列的每一個元素都是一個Entry；而一個Entry就是一個單向連結串列，Entry連結串列中的每一個節點就儲存了key-value鍵值對資料。

新增key-value鍵值對：首先，根據key值計算出雜湊值，再計算出陣列索引(即，該key-value在table中的索引)。然後，根據陣列索引找到Entry(即，單向連結串列)，再遍歷單向連結串列

，將key和連結串列中的每一個節點的key進行對比。若key已經存在Entry連結串列中，則用該value值取代舊的value值；若key不存在Entry連結串列中，則新建一個key-value節點，並將該節點插入Entry連結串列的表頭位置。
刪除key-value鍵值對：刪除鍵值對，相比於“新增鍵值對”來說，簡單很多。首先，還是根據key計算出雜湊值，再計算出陣列索引(即，該key-value在table中的索引)。然後，根據索引找出Entry(即，單向連結串列)。若節點key-value存在與連結串列Entry中，則刪除連結串列中的節點即可。

上面介紹了HashMap和Hashtable的相同點。正是由於它們都是散列表，我們關注更多的是“它們的區別，以及它們分別適合在什麼情況下使用”。那接下來，我們先看看它們的區別。

第2.2部分 HashMap和Hashtable的不同點

1 繼承和實現方式不同

HashMap 繼承於AbstractMap，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable介面。
Hashtable 繼承於Dictionary，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable介面。

HashMap的定義:

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

Hashtable的定義:

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

從中，我們可以看出：
1.1 HashMap和Hashtable都實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable介面。
      實現了Map介面，意味著它們都支援key-value鍵值對操作。支援“新增key-value鍵值對”、“獲取key”、“獲取value”、“獲取map大小”、“清空map”等基本的key-value鍵值對操作。
      實現了Cloneable介面，意味著它能被克隆。
      實現了java.io.Serializable介面，意味著它們支援序列化，能通過序列化去傳輸。

1.2 HashMap繼承於AbstractMap，而Hashtable繼承於Dictionary
      Dictionary是一個抽象類，它直接繼承於Object類，沒有實現任何介面。Dictionary類是JDK 1.0的引入的。雖然Dictionary也支援“新增key-value鍵值對”、“獲取value”、“獲取大小”等基本操作，但它的API函式比Map少；而且             Dictionary一般是通過Enumeration(列舉類)去遍歷，Map則是通過Iterator(迭代器)去遍歷。 然而‘由於Hashtable也實現了Map介面，所以，它即支援Enumeration遍歷，也支援Iterator遍歷。關於這點，後面還會進一步說明。
      AbstractMap是一個抽象類，它實現了Map介面的絕大部分API函式；為Map的具體實現類提供了極大的便利。它是JDK 1.2新增的類。

2 執行緒安全不同

Hashtable的幾乎所有函式都是同步的，即它是執行緒安全的，支援多執行緒。
而HashMap的函式則是非同步的，它不是執行緒安全的。若要在多執行緒中使用HashMap，需要我們額外的進行同步處理。 對HashMap的同步處理可以使用Collections類提供的synchronizedMap靜態方法，或者直接使用JDK 5.0之後提供的java.util.concurrent包裡的ConcurrentHashMap類。

3 對null值的處理不同

HashMap的key、value都可以為null。
Hashtable的key、value都不可以為null。

我們先看看HashMap和Hashtable “新增key-value”的方法

HashMap的新增key-value的方法

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Hashtable的新增key-value的方法

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根據上面的程式碼，我們可以看出：

Hashtable的key或value，都不能為null！否則，會丟擲異常NullPointerException。
HashMap的key、value都可以為null。 當HashMap的key為null時，HashMap會將其固定的插入table[0]位置(即HashMap散列表的第一個位置)；而且table[0]處只會容納一個key為null的值，當有多個key為null的值插入的時候，table[0]會保留最後插入的value。

4 支援的遍歷種類不同

HashMap只支援Iterator(迭代器)遍歷。
而Hashtable支援Iterator(迭代器)和Enumeration(列舉器)兩種方式遍歷。

Enumeration 是JDK 1.0新增的介面，只有hasMoreElements(), nextElement() 兩個API介面，不能通過Enumeration()對元素進行修改 。
而Iterator 是JDK 1.2才新增的介面，支援hasNext(), next(), remove() 三個API介面。HashMap也是JDK 1.2版本才新增的，所以用Iterator取代Enumeration，HashMap只支援Iterator遍歷。

5 通過Iterator迭代器遍歷時，遍歷的順序不同

HashMap是“從前向後”的遍歷陣列；再對陣列具體某一項對應的連結串列，從表頭開始進行遍歷。
Hashtabl是“從後往前”的遍歷陣列；再對陣列具體某一項對應的連結串列，從表頭開始進行遍歷。

HashMap和Hashtable都實現Map介面，所以支援獲取它們“key的集合”、“value的集合”、“key-value的集合”，然後通過Iterator對這些集合進行遍歷。
由於“key的集合”、“value的集合”、“key-value的集合”的遍歷原理都是一樣的；下面，我以遍歷“key-value的集合”來進行說明。

HashMap 和Hashtable 遍歷"key-value集合"的方式是：(01) 通過entrySet()獲取“Map.Entry集合”。 (02) 通過iterator()獲取“Map.Entry集合”的迭代器，再進行遍歷。

HashMap的實現方式：先“從前向後”的遍歷陣列；對陣列具體某一項對應的連結串列，則從表頭開始往後遍歷。

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Hashtable的實現方式：先從“後向往前”的遍歷陣列；對陣列具體某一項對應的連結串列，則從表頭開始往後遍歷。

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6 容量的初始值 和 增加方式都不一樣

HashMap預設的容量大小是16；增加容量時，每次將容量變為“原始容量x2”。
Hashtable預設的容量大小是11；增加容量時，每次將容量變為“原始容量x2 + 1”。

HashMap預設的“載入因子”是0.75, 預設的容量大小是16。

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當HashMap的 “實際容量” >= “閾值”時，(閾值 = 總的容量 * 載入因子)，就將HashMap的容量翻倍。

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Hashtable預設的“載入因子”是0.75, 預設的容量大小是11。 

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當Hashtable的 “實際容量” >= “閾值”時，(閾值 = 總的容量 x 載入因子)，就將變為“原始容量x2 + 1”。

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7 新增key-value時的hash值演算法不同

HashMap新增元素時，是使用自定義的雜湊演算法。
Hashtable沒有自定義雜湊演算法，而直接採用的key的hashCode()。

HashMap新增元素時，是使用自定義的雜湊演算法。

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Hashtable沒有自定義雜湊演算法，而直接採用的key的hashCode()。

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8 部分API不同

Hashtable支援contains(Object value)方法，而且重寫了toString()方法；
而HashMap不支援contains(Object value)方法，沒有重寫toString()方法。

最後，再說說“HashMap和Hashtable”使用的情景。
其實，若瞭解它們之間的不同之處後，可以很容易的區分根據情況進行取捨。例如：(01) 若在單執行緒中，我們往往會選擇HashMap；而在多執行緒中，則會選擇Hashtable。(02)，若不能插入null元素，則選擇Hashtable；否則，可以選擇HashMap。
但這個不是絕對的標準。例如，在多執行緒中，我們可以自己對HashMap進行同步，也可以選擇ConcurrentHashMap。當HashMap和Hashtable都不能滿足自己的需求時，還可以考慮新定義一個類，繼承或重新實現散列表；當然，一般情況下是不需要的了。

第3部分 HashMap和WeakHashMap異同

3.1 HashMap和WeakHashMap的相同點

1 它們都是散列表，儲存的是“鍵值對”對映。
2 它們都繼承於AbstractMap，並且實現Map基礎。
3 它們的建構函式都一樣。
   它們都包括4個建構函式，而且函式的引數都一樣。
4 預設的容量大小是16，預設的載入因子是0.75。
5 它們的“鍵”和“值”都允許為null。
6 它們都是“非同步的”。

3.2 HashMap和WeakHashMap的不同點

1 HashMap實現了Cloneable和Serializable介面，而WeakHashMap沒有。
   HashMap實現Cloneable，意味著它能通過clone()克隆自己。
   HashMap實現Serializable，意味著它支援序列化，能通過序列化去傳輸。

2 HashMap的“鍵”是“強引用(StrongReference)”，而WeakHashMap的鍵是“弱引用(WeakReference)”。
   WeakReference的“弱鍵”能實現WeakReference對“鍵值對”的動態回收。當“弱鍵”不再被使用到時，GC會回收它，WeakReference也會將“弱鍵”對應的鍵值對刪除。
   這個“弱鍵”實現的動態回收“鍵值對”的原理呢？其實，通過WeakReference(弱引用)和ReferenceQueue(引用佇列)實現的。 首先，我們需要了解WeakHashMap中：
    第一，“鍵”是WeakReference，即key是弱鍵。
    第二，ReferenceQueue是一個引用佇列，它是和WeakHashMap聯合使用的。當弱引用所引用的物件被垃圾回收，Java虛擬機器就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用佇列中。 WeakHashMap中的ReferenceQueue是queue。
   第三，WeakHashMap是通過陣列實現的，我們假設這個陣列是table。
 

接下來，說說“動態回收”的步驟。

(01) 新建WeakHashMap，將“鍵值對”新增到WeakHashMap中。
        將“鍵值對”新增到WeakHashMap中時，新增的鍵都是弱鍵。
        實際上，WeakHashMap是通過陣列table儲存Entry(鍵值對)；每一個Entry實際上是一個單向連結串列，即Entry是鍵值對連結串列。
(02) 當某“弱鍵”不再被其它物件引用，並被GC回收時。在GC回收該“弱鍵”時，這個“弱鍵”也同時會被新增到queue佇列中。
        例如，當我們在將“弱鍵”key新增到WeakHashMap之後；後來將key設為null。這時，便沒有外部外部物件再引用該了key。
        接著，當Java虛擬機器的GC回收記憶體時，會回收key的相關記憶體；同時，將key新增到queue佇列中。
(03) 當下一次我們需要操作WeakHashMap時，會先同步table和queue。table中儲存了全部的鍵值對，而queue中儲存被GC回收的“弱鍵”；同步它們，就是刪除table中被GC回收的“弱鍵”對應的鍵值對。
        例如，當我們“讀取WeakHashMap中的元素或獲取WeakReference的大小時”，它會先同步table和queue，目的是“刪除table中被GC回收的‘弱鍵’對應的鍵值對”。刪除的方法就是逐個比較“table中元素的‘鍵’和queue中的‘鍵’”，若它們相當，則刪除“table中的該鍵值對”。

3.3 HashMap和WeakHashMap的比較測試程式

 View Code

執行結果：

 -- HashMap --
map entry : H2 - h2
  map size:1

 -- WeakHashMap --
map entry : W2 - w2
  map size:1

 -- Self-def HashMap --
map entry : [email protected] - s4
  map size:1

 -- Self-def WeakHashMap --
GC Self: id=10 [email protected])
map entry : [email protected] - s2
  map size:1