Java Hashtable实现详解

Java中的Hashtable是Map接口的一种实现，其内部用链表数组实现了散列的存储结构。HashTable的使用方法与HashMap十分相似，但在多线程并发访问的情况下，Hashtable比HashMap更加安全可靠，常被用于需要高并发保证线程安全的应用场景中。本篇文章将对Java Hashtable进行详细介绍。

一、Hashtable的基本概念

1.1 Hashtable的定义

Hashtable是Java自带的散列表，它继承于Dictionary类，实现了Map接口，提供了key-value的存储功能。与HashMap类似，Hashtable中每个键对应一个值，而且这个键的类型通常也是String类型，值可以是任何类型。

HashTable是同步的，即线程安全的，任意线程都可以安全地使用Hashtable，但因为同步需要消耗一定的性能，因此Hashtable的性能通常比HashMap要低。

1.2 Hashtable的数据结构

HashTable使用的数据结构是数组+链表法。其中一个桶位上存储的是一个链表，一个桶位上的链表上的每一个节点（Node）包含两个域，一个是key，另外一个是value。当使用key-value方式插入元素到Hashtable中时，首先根据key计算它在存储时的位置，即桶位的索引值。如果这个桶位是空的，则直接将该元素添加到该桶位；如果桶位上已有元素，则遍历整个链表，检查是否有Key和要插入的Key相等的元素。如果找到相等元素，则替换掉旧值；如果没有找到相等元素，就将新元素插入到链表末端。

二、Hashtable的常用方法

2.1 添加元素

可以使用put()方法将元素添加到Hashtable中。put()方法的语法如下：

public synchronized V put(K key, V value) {
    // Get the hash code for the key.
    int hash = hash(key);

    // Find the bucket index in the table.
    int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % table.length;

    // Look for the entry that contains the current key.
    Entry<K,V> e = table[index];
    while (e != null) {
        if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
            V old = e.value;
            e.value = value;
            return old;
        }
        e = e.next;
    }

    // Create a new entry for this key and value.
    Entry<K,V> old = table[index];
    Entry<K,V> new = new Entry<K,V>(hash, key, value, old);
    table[index] = new;

    if (count++ >= threshold) {
        rehash();
    }

    return null;
}

2.2 获取元素

可以使用get()方法从Hashtable中获取元素。get()方法的语法如下：

public synchronized V get(Object key) {
    Entry<K,V> 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)) {
            return e.value;
        }
    }
    return null;
}

2.3 删除元素

可以使用remove()方法从Hashtable中删除元素。remove()方法的语法如下：

public synchronized V remove(Object key) {
    Entry<K,V> 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.key.equals(key)) {
            if (prev != null) {
                prev.next = e.next;
            } else {
                tab[index] = e.next;
            }
            count--;
            V oldValue = e.value;
            e.value = null;
            return oldValue;
        }
    }
    return null;
}

三、Hashtable的实例

下面是一个Hashtable的实例代码：

import java.util.Hashtable;

public class Main {
  public static void main(String[] args) {
    // create a hashtable
    Hashtable<String, String> hashtable = new Hashtable<String, String>();

    // add elements to the hashtable
    hashtable.put("key1", "value1");
    hashtable.put("key2", "value2");
    hashtable.put("key3", "value3");
    hashtable.put("key4", "value4");

    // print the hashtable
    System.out.println("Hashtable: " + hashtable);

    // remove an element from the hashtable
    hashtable.remove("key3");

    // print the hashtable
    System.out.println("Hashtable: " + hashtable);
  }
}

输出结果为：

Hashtable: {key4=value4, key3=value3, key2=value2, key1=value1}
Hashtable: {key4=value4, key2=value2, key1=value1}

四、Hashtable的并发性

Hashtable是线程安全的，因为其中的各种操作都是同步的，即任意时刻只能有一个线程访问Hashtable。由于同步需要消耗性能，在不需要线程安全的情况下，可以使用HashMap、ConcurrentHashMap等高并发的集合类，以提高程序的性能。

五、Hashtable的适用场景

Hashtable的线程安全性、可靠性、以及稳定的性能使得它常被用于多线程并发访问的应用场景。例如在线程池、高并发请求处理等需求场景中，Hashtable都是一个很好的选择。此外，因为Hashtable中的存储结构采用的是数组+链表的方式，插入和查找元素的速度较快，因此在存储元素规模较小且需要线程安全的场合，Hashtable也是比较合适的。

六、Hashtable的局限性

虽然Hashtable在并发性和可靠性方面有很大的优势，但也存在一些局限性。由于Hashtable中的各种操作都是同步的，因此在高并发场景下会影响程序的性能。此外，Hashtable中存储元素时的键对象类型要求比较严格，通常是String类型，如需存储其他类型的键对象，需要进行类型转换。

七、结语

本篇文章对Java Hashtable进行了详细地介绍。我们了解了Hashtable的基本概念、常用操作、适用场景、以及局限性。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的集合类，以提高程序的效率和可靠性。