分析HashTableHashMap与ConcurrentHashMap

Posted 2020-12-24 dasdfdfecvcx

一、HashTable、HashMap有什么不同

1.1 HashTable

HashTable是遗留类，很多映射的常用功能与HashMap类似，不同的是它继承自Dictionary类不支持null键和值，并且是线程安全的，任意时间只有一个线程能写HashTable，锁的粒度粗，并发性不如ConcurrentHashMap，因为其引入了分段锁，每次只将一个小部分上锁

1.2 HashMap（数组+链表+红黑树）

HashMap不是同步的，最多只允许一条记录的键位null，允许多条记录的值为null，它是根据键的hashCode值定位到数组对应的存储位置，通常情况下HashMap进行put或get的操作可以达到常数的时间性能

1.2.1 HashMap java 1.7的实现

数组内每个元素是单向链表，绿色的实体是Entry的实例，hashcode值相同的元素以单链表的形式串在一起

capacity ：当前数组容量，始终保持2^n ，可以扩容，扩容后数组大小为当前的2倍
loadFactor ： 负载因子，默认为0.75
threshold ：扩容的阈值 ， 等于capacity * loadFactor
1.2.2 HashMap java 1.8 的实现

在1.8中利用了红黑树对链表进行优化，关于红黑树可以参考这个网站，将原理以动画的形式呈现 ：
https://www.cs.usfca.edu/~galles/visualization/RedBlack.html

查询数据需要遍历链表，时间复杂度取决于链表的长度为O（N）， 红黑树的查询时间复杂度为O（logN），查询的时间复杂度降低了

当链表大小超过阈值（TREEIFY_THRESHOLD, 8），链表就会被改造为红黑树

为什么HashMap要树化 ：本质上是安全问题，因为在元素放置过程中，如果一个对象哈希冲突，都被放置到一个桶里，则会形成一个链表，影响存取性能，而在现实中，构造哈希冲突的数据并不是非常复杂的事情，恶意代码就可以利用这些数据，大量与服务器交互，导致服务器端CPU大量占用，这就构成了哈希碰撞拒绝服务攻击

二、ConcurrentHashMap

2.1 为什么需要ConcurrentHashMap

HashTable比较低效，它同步的实现是将put，get，size等各种方法加上“Synchronize”，这就导致了所有并发操作都要竞争同一把锁，一个线程在进行同步操作时，其他线程只能等待，大大降低了并发操作的效率。

而HashMap不是线程安全的，并发情况会导致类似CPU占用100%问题

2.2 实现方式1.7

分离锁
也就是将内部进行分段（Segment），Segment通过继承ReentrantLock来进行加锁，在进行并发操作的时候，只需要锁定相应Segment，有效避免了类似的HashTable锁定整体的同步问题了，里面则是HashEntry的数组和HashMap类似，哈希相同的条目也是以链表形式存放的

HashEntry
使用volatile的value字段来保证可见性

并行度
concurrencyLevel默认是16，Java 需要它是 2 的幂数值，如果输入是类似 15 这种非幂值，会被自动调整到 16 之类 2 的幂数值，

ConcurrentHashMap默认有16个Segment，最多可同时支持16个线程并发写，只要它们操作分布在不同的Segment上

 

2.2 实现方式1.8（红黑树）

变化

与HashMap内部结构非常相似，但是同步粒度更细致一些

内部仍有Segment的定义，但仅仅为了保证序列化时的兼容性而已，不再有结构上的用处

初始化操作简化，修改为lazy-load形式，有效避免初始开销

lazy-load”也被叫作“延迟价值”，它的核心思想是把对象的实例化延迟到真正调用该对象的时候，这样做的好处是可以减轻大量对象在实例化时对资源的消耗，而不是在程序初始化的时候就预先将对象实例化

数据存储利用volatile来保证可见性

使用CAS等操作，在特定场景进行无锁并发操作

使用Unsafe ， LongAddr 之类底层手段进行极端情况的优化

并发操作

首先判断容器是否为空，为空则进行初始化利用volatile的sizeCtl作为互斥手段，如果发现竞争性的初始化，就暂停在那里，等待条件恢复，否则利用CAS设置排他标志（U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)）;否则重试

对key hash计算得到该key存放的桶位置，判断该桶是否为空，为空则利用CAS设置新节点否则使用synchronize加锁，遍历桶中数据，替换或新增加点到桶中
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原文链接：https://blog.csdn.net/Dev_Hugh/article/details/106532236

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