Java中HashMap与Hashtable：差异与内部结构

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Java中HashMap vs Hashtable：谁更胜一筹？深入底层一探究竟

如果你曾经思考过：“HashMap和Hashtable到底有什么区别？”——你并不孤单。这是Stack Overflow上最热门的问题之一，而且名副其实。这两个类都以“键-值”对的形式存储数据，都使用哈希技术，但它们却生活在不同的世界里。一个快速而现代，另一个古老、可靠但略显笨重。让我们深入它们的“引擎盖下”，一探究竟。

在本文中，我们不仅会列举它们的区别。我们将理解内部机制的工作原理，为什么一个类允许null而另一个不允许，以及何时应该使用ConcurrentHashMap来替代它们两者。

历史简介

Hashtable早在Java 1.0版本中就出现了。它是最早的集合类之一，并且从一开始就是同步的。在当时，多线程并不常见，但Java开发者决定以防万一。后来，在Java 2（1.2）中，Collections框架推出了新的集合，其中就包括HashMap。它是非同步的，但速度要快得多。从那时起，Hashtable就被认为是遗留（legacy）类，尽管它从未从语言中被移除。

主要区别：同步与线程

第一个也是最重要的区别是同步。Hashtable的方法（例如put()、get()、remove()）都使用了synchronized关键字标记。这意味着两个线程不能同时在同一个Hashtable对象上执行同一个方法。这听起来像是一个优势，但在实践中，它变成了一个性能瓶颈。

// Hashtable — 所有方法都是同步的Hashtable<String, String> table = new Hashtable<>();table.put("key1", "value1"); // 线程安全，但在高并发下速度慢

// HashMap — 非同步HashMap<String, String> map = new HashMap<>();map.put("key1", "value1"); // 速度快，但非线程安全

如果你在单线程应用（大多数情况如此）中工作，HashMap会运行得更快，因为它不需要花费时间获取和释放锁。如果你需要线程安全，最好不要使用Hashtable，而是使用ConcurrentHashMap（从Java 5开始提供）。它使用更细粒度的锁（分段锁或桶级锁），在多线程环境中运行速度要快得多。

Null，null，还是null

第二个重要区别是对null的处理。HashMap允许使用null作为键（只能有一个），也允许作为值（可以有任意多个）。而Hashtable如果尝试传入null，则会抛出NullPointerException。

HashMap<String, String> map = new HashMap<>();map.put(null, "nullKey"); // 正常map.put("key", null);     // 正常System.out.println(map.get(null)); // "nullKey"

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

为什么会这样？这完全取决于哈希的工作原理。在HashMap中，对于null键，会使用一个特殊的哈希码0，并将其放入第0个桶（bucket）中。而Hashtable使用旧的机制，对null调用hashCode()会导致错误。此外，Hashtable不支持null值，因为这会破坏同步操作的逻辑。