Java map和golang map的一些点

Posted 2022-12-04 惜暮

Java map和golang map的一些点

• hash函数
• • Java
  • golang
• 内存存储模型：
• • Java
  • • ConcurrentHashMap
    • • JDK7的分段锁思想
      • JDK8的红黑树
  • golang

背景：Java 1.8.40
Golang 1.13.5

hash函数

Java

哈希函数代码如下：

static final int hash(Object key) 
        int h;
      return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    

计算key对应的index是这样的：

p = tab[i = (n - 1) & hash]

对于hash函数，首先计算key对应的hash值。hash值是int类型，也就是4个字节，32位。然后将hashcode右位移16位，正好是32bit的一半，自己的高半区和低半区做异或，然后得到最后的hash码。

然后依据hashmap的底层数组长度n(一定是2的次幂)，用n-1正好做一个低位掩码，然后 & hash码，得到最后的index。

那么这个时候问题就来了，为什么要将hashcode的低16位和高16位异或呢？因为如果hashmap的底层数组长度n比较小，我们只取最后几位，就算散列值分布再松散，只取最后几位，碰撞也会很严重。所以这里加入了一种“扰动函数” 的机制：比如：

这里通过混合高16位和低16的信息(异或操作)，增大了随机性。

golang

参考另一篇博客：Golang map实践以及实现原理https://louyuting.blog.csdn.net/article/details/99699350#hash_200

内存存储模型：

Java

ConcurrentHashMap

Java8以后，ConcurrentHashMap 和 HashMap的结构非常类似，基础结构都是 数组 + 链表(或红黑树)。这里重点描述ConcurrentHashMap。

主要对比下JDK7和JDK8两个版本之间ConcurrentHashMap的升级：

JDK7的分段锁思想

JDK7 的分段锁是将数据分为一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。如下图是ConcurrentHashMap的内部结构图：

从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作。第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部。

好处：写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上）。

坏处：这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长

JDK8的红黑树

JDK8中ConcurrentHashMap参考了JDK8 HashMap的实现，采用了数组+链表+红黑树的实现方式来设计，内部大量采用CAS操作。

JDK8中彻底放弃了Segment转而采用的是Node，其设计思想也不再是JDK1.7中的分段锁思想。

Node：保存key，value及key的hash值的数据结构。其中value和next都用volatile修饰，保证并发的可见性。

Java8 ConcurrentHashMap结构基本上和Java8的HashMap一样，不过保证线程安全性。

在JDK8中ConcurrentHashMap的结构，由于引入了红黑树，使得ConcurrentHashMap的实现非常复杂，我们都知道，红黑树是一种性能非常好的二叉查找树，其查找性能为O（logN），但是其实现过程也非常复杂。

总结：
从JDK1.7版本的ReentrantLock+Segment+HashEntry，到JDK1.8版本中synchronized+CAS+HashEntry+红黑树。

1. 数据结构：取消了Segment分段锁的数据结构，取而代之的是数组+链表+红黑树的结构。
2. 保证线程安全机制：JDK1.7采用segment的分段锁机制实现线程安全，其中segment继承自ReentrantLock。JDK1.8采用CAS+Synchronized保证线程安全。(这里可以看出JDK已经将Synchronized性能优化到极致了)
3. 锁的粒度：原来是对需要进行数据操作的Segment加锁，现调整为对每个数组元素加锁（Node）。
4. 链表转化为红黑树:定位结点的hash算法简化会带来弊端,Hash冲突加剧,因此在链表节点数量大于8时，会将链表转化为红黑树进行存储。
5. 查询时间复杂度：从原来的遍历链表O(n)，变成遍历红黑树O(logN)。

golang

这里只列出一张模型图，具体可参考另一篇博客：Golang map实践以及实现原理