HashMapConcurrentHashMap以及HashTable(面试向)

Posted 2021-01-10 liangyueyuan

---->HashMap

   在java1.7中，hashmap的数据结构是基于数组+链表的结构，即我们比较熟悉的Entry数组，其包含的(key-value)键值对的形式。在多线程环境下，HashMap进行put操作会引起死循环，是因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry的next节点永远不为空，就会产生死循环获取Entry。

   hashmap实现原理参考

   Entry是HashMap中的一个静态内部类。代码如下

 static class Entry<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final K key;
        V value;
        Entry<K,V> next;//存储指向下一个Entry的引用，单链表结构
        int hash;//对key的hashcode值进行hash运算后得到的值，存储在Entry，避免重复计算

        /**
         * Creates new entry.
         */
        Entry(int h, K k, V v, Entry<K,V> n) {
            value = v;
            next = n;
            key = k;
            hash = h;
        } 

  在java1.8中，hashmap是以 数组+链表+红黑树，由于有红黑树的加入，hashmap性能有了很大程度的优化，但是还是没办法解决在并发环境下的线程安全。

---->HashTable

   hashtabled 和 hashmap 的实现原理几乎一样，差别在于

• HashMap的键和值都允许有null值存在，而HashTable则不行
• HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的
• 在单线程环境下，HashMap的运行效率是要比HashTable要快得多的(因为HashTable是线程安全，但是其实现的安全的策略牺牲代价太大，get/put所有相关操作都是synchronized的，相当于给整个哈希表加了一个大锁，多线程访问时候，只要有一个线程访问或操作该对象时，则其他线程就只能阻塞，相当于将所有的操作串行化)
• Hashtable默认的初始大小为11，之后每次扩充，容量变为原来的2n+1。HashMap默认的初始化大小为16。之后每次扩充，容量变为原来的2倍

• HashMap的Iterator是fail-fast迭代器。当有其它线程改变了HashMap的结构（增加，删除，修改元素），将会抛出ConcurrentModificationException。不过，通过Iterator的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并不是一个一定发生的行为，要看JVM。JDK8之前的版本中，Hashtable是没有fast-fail机制的。在JDK8及以后的版本中 ，HashTable也是使用fast-fail的。

 ---->ConcurrentHashMap

    在java1.7中，concurrenthashmap的数据结构为 Segment + HashEntry，ConcurrentHashMap的锁分段技术：假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段的存储，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。用一个Segment数组维护所有的键值对，一个Segment对象的数据结构相当于一个HashMap，即内部拥有一个Entry数组，数组中的每个元素又是一个链表；同时又是一个ReentrantLock（Segment继承了ReentrantLock）。ConcurrentHashMap中的HashEntry相对于HashMap中的Entry有一定的差异性：HashEntry中的value以及next都被volatile修饰，这样在多线程读写过程中能够保持它们的可见性，代码如下：

static final class HashEntry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V value;
        volatile HashEntry<K,V> next;

 

     ConcurrentHashMap不允许Key或者Value的值为NULL

 在java1.8中，它摒弃了Segment（锁段）的概念，而是启用了一种全新的方式实现,利用CAS算法。它沿用了与它同时期的HashMap版本的思想，底层依然由“数组”+链表+红黑树的方式思想，接采用transient volatile Node<K,V>[] table保存数据，采用table数组元素作为锁，从而实现了对每一行数据进行加锁，进一步减少并发冲突的概率。

 并且，ConcurrentHashMap相对于HashTable来说，ConcurrentHashMap的很多操作比如get，clear，iterator 都是弱一致性的，而HashTable是强一致性的。

    何为弱一致性？

    get方法是弱一致的，是什么含义？可能你期望往ConcurrentHashMap底层数据结构中加入一个元素后，立马能对get可见，但ConcurrentHashMap并不能如你所愿。换句话说，put操作将一个元素加入到底层数据结构后，get可能在某段时间内还看不到这个元素，若不考虑内存模型，单从代码逻辑上来看，却是应该可以看得到的。

    因为没有全局的锁，在清除完一个segments之后，正在清理下一个segments的时候，已经清理segments可能又被加入了数据，因此clear返回的时候，ConcurrentHashMap中是可能存在数据的。因此，clear方法是弱一致的。如下：

public void clear() {
    for (int i = 0; i < segments.length; ++i)
        segments[i].clear();
}

     ConcurrentHashMap的迭代器底层原理中，在遍历过程中，如果已经遍历的数组内容发生了变化，迭代器不会抛出ConcurrentModificationException异常。如果未遍历的数组上的内容发生了变化，则有可能反映到迭代过程中。这就是ConcurrentHashMap迭代器弱一致的表现。

    参考：ConcurrentHashMap能完全替代HashTable吗？

    参考：ConcurrentHashMap总结