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HashMap和Hashtable

news 2025/9/28 11:40:36

HashMap和Hashtable是 Java 中用于存储键值对的两个重要集合类，它们都基于哈希表实现，但在线程安全性、功能特性和使用场景上有显著区别。以下是详细解析：

一、核心区别总览

对比维度	`HashMap`	`Hashtable`
线程安全性	非线程安全	线程安全（方法加`synchronized`）
键值是否允许为 null	允许`key`为`null`（最多一个），`value`可为多个`null`	不允许`key`和`value`为`null`
继承关系	继承`AbstractMap`	继承`Dictionary`（已过时）
迭代器类型	快速失败迭代器（`fail-fast`）	安全失败迭代器（`fail-safe`）
性能	高（无同步开销）	低（同步开销大）
扩容机制	初始容量 16，扩容为原容量的 2 倍	初始容量 11，扩容为原容量的 2 倍 + 1
适用场景	单线程环境或并发控制由用户处理的场景	多线程环境（已被`ConcurrentHashMap`替代）

二、详细差异解析

1. 线程安全性

HashMap：
- 非线程安全，多个线程同时修改时可能导致数据不一致（如链表成环、元素丢失）。
- 若需线程安全，可使用Collections.synchronizedMap(new HashMap<>())或ConcurrentHashMap（推荐）。
Hashtable：
- 线程安全，所有方法都被synchronized修饰（对整个哈希表加锁）。
- 缺点：多线程竞争时，锁竞争激烈，性能低下（同一时间只能有一个线程操作）。

2. 对 null 的支持

HashMap：

允许key为null（仅允许一个，重复添加会覆盖）。
允许value为null（可多个）。

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();
map.put(null, "value1"); // 合法
map.put("key2", null);   // 合法

Hashtable：

不允许key或value为null，否则会抛出NullPointerException。

Hashtable<String, String> table = new Hashtable<>();
table.put(null, "value"); // 抛出NullPointerException
table.put("key", null);   // 抛出NullPointerException

3. 继承关系与历史

HashMap：
- 诞生于 JDK 1.2，继承AbstractMap类，完全遵循Map接口规范。
Hashtable：
- 诞生于 JDK 1.0，继承古老的Dictionary类（已被废弃），后来才实现Map接口。
- 设计上存在历史遗留问题，如方法命名（elements()而非values()）。

4. 迭代器特性

HashMap：
- 使用快速失败迭代器（fail-fast）：迭代过程中若修改地图结构（如添加 / 删除元素），会立即抛出ConcurrentModificationException。
- 原理：通过modCount（修改次数）检测结构变化。
Hashtable：
- 使用安全失败迭代器（fail-safe）：迭代器基于集合的副本工作，迭代过程中修改原集合不会抛出异常（但可能读取到旧数据）。
- 缺点：副本占用额外内存，且无法保证数据实时性。

5. 扩容机制

HashMap：
- 初始容量：16（必须为 2 的幂）。
- 扩容阈值：当元素数量 > 容量 × 负载因子（默认 0.75）时，扩容为原容量的 2 倍。
- 哈希计算：(n - 1) & hash（利用位运算高效计算索引，因容量为 2 的幂）。
Hashtable：
- 初始容量：11（非 2 的幂）。
- 扩容阈值：当元素数量 > 容量 × 负载因子（默认 0.75）时，扩容为原容量 × 2 + 1。
- 哈希计算：hash % n（取模运算，效率低于位运算）。

6. 性能对比

HashMap：
- 无同步锁开销，单线程环境下性能远高于Hashtable。
- 支持红黑树优化（JDK 8+），极端情况下查询效率更优。
Hashtable：
- 所有方法加锁，多线程竞争时性能差（尤其是高并发场景）。
- 无红黑树优化，长链表查询效率低。

三、代码示例对比

import java.util.HashMap;
import java.util.Hashtable;public class MapComparison {public static void main(String[] args) {// HashMap示例HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();hashMap.put(null, 10);    // 允许key为nullhashMap.put("apple", null); // 允许value为nullSystem.out.println(hashMap.get(null)); // 输出：10// Hashtable示例Hashtable<String, Integer> hashtable = new Hashtable<>();// hashtable.put(null, 20); // 抛出NullPointerException// hashtable.put("banana", null); // 抛出NullPointerExceptionhashtable.put("orange", 30);System.out.println(hashtable.get("orange")); // 输出：30}
}

四、使用场景建议

优先选择HashMap：
- 单线程环境（如普通业务逻辑、工具类）。
- 需要存储null键或值的场景。
- 对性能要求较高的场景。
谨慎使用Hashtable：
- 仅在维护旧代码时使用（历史遗留系统）。
- 多线程场景应改用ConcurrentHashMap（并发安全且性能更高）。