Java Hashtable實現詳解

Java中的Hashtable是Map接口的一種實現，其內部用鏈表數組實現了散列的存儲結構。HashTable的使用方法與HashMap十分相似，但在多線程並發訪問的情況下，Hashtable比HashMap更加安全可靠，常被用於需要高並發保證線程安全的應用場景中。本篇文章將對Java Hashtable進行詳細介紹。

一、Hashtable的基本概念

1.1 Hashtable的定義

Hashtable是Java自帶的散列表，它繼承於Dictionary類，實現了Map接口，提供了key-value的存儲功能。與HashMap類似，Hashtable中每個鍵對應一個值，而且這個鍵的類型通常也是String類型，值可以是任何類型。

HashTable是同步的，即線程安全的，任意線程都可以安全地使用Hashtable，但因為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的數據結構

HashTable使用的數據結構是數組+鏈表法。其中一個桶位上存儲的是一個鏈表，一個桶位上的鏈表上的每一個節點（Node）包含兩個域，一個是key，另外一個是value。當使用key-value方式插入元素到Hashtable中時，首先根據key計算它在存儲時的位置，即桶位的索引值。如果這個桶位是空的，則直接將該元素添加到該桶位；如果桶位上已有元素，則遍歷整個鏈表，檢查是否有Key和要插入的Key相等的元素。如果找到相等元素，則替換掉舊值；如果沒有找到相等元素，就將新元素插入到鏈表末端。

二、Hashtable的常用方法

2.1 添加元素

可以使用put()方法將元素添加到Hashtable中。put()方法的語法如下：

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 獲取元素

可以使用get()方法從Hashtable中獲取元素。get()方法的語法如下：

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 刪除元素

可以使用remove()方法從Hashtable中刪除元素。remove()方法的語法如下：

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的實例

下面是一個Hashtable的實例代碼：

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);
  }
}

輸出結果為：

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

四、Hashtable的並發性

Hashtable是線程安全的，因為其中的各種操作都是同步的，即任意時刻只能有一個線程訪問Hashtable。由於同步需要消耗性能，在不需要線程安全的情況下，可以使用HashMap、ConcurrentHashMap等高並發的集合類，以提高程序的性能。

五、Hashtable的適用場景

Hashtable的線程安全性、可靠性、以及穩定的性能使得它常被用於多線程並發訪問的應用場景。例如在線程池、高並發請求處理等需求場景中，Hashtable都是一個很好的選擇。此外，因為Hashtable中的存儲結構採用的是數組+鏈表的方式，插入和查找元素的速度較快，因此在存儲元素規模較小且需要線程安全的場合，Hashtable也是比較合適的。

六、Hashtable的局限性

雖然Hashtable在並發性和可靠性方面有很大的優勢，但也存在一些局限性。由於Hashtable中的各種操作都是同步的，因此在高並發場景下會影響程序的性能。此外，Hashtable中存儲元素時的鍵對象類型要求比較嚴格，通常是String類型，如需存儲其他類型的鍵對象，需要進行類型轉換。

七、結語

本篇文章對Java Hashtable進行了詳細地介紹。我們了解了Hashtable的基本概念、常用操作、適用場景、以及局限性。在實際應用中，應根據具體需求選擇合適的集合類，以提高程序的效率和可靠性。