HashMap与ConcurrentHashMap

Posted 2021-03-07 zhangbochao

• HashMap(1.7)

　　HashMap是一个用于存储Key-Value键值对的集合，其内部结构为链表数组。每一个键值对也叫做Entry。这些个键值对（Entry）分散存储在一个数组当中，这个数组就是HashMap的主干。put时，思想是通过key的哈希值，模HashMap的初始值，决定插入位置，当出现哈希冲突时，采用头插法。(HashMap的发明者认为，后插入的Entry被查找的可能性更大。故采用头插法。其次，插到最后的话，复杂度为O(n))但实际上，并非进行了求模运算，而是位运算。此处要求哈希长度默认值必须为2的N次方，用key的哈希值&size-1)的方式代替求模。只有当长度为2的n次方时(默认长度为16)时，长度减1的二进制都为000...11111，key的哈希值&size-1)才可与求模运算值相同。

• HashMap(1.8)

　　引入红黑树，当某一链表长度到达阈值，将链表转换为红黑树。Node 的核心组成其实也是和 1.7 中的 HashEntry 一样，存放的都是 key value hashcode next 等数据。

　　HashEntry 修改为 Node。

• ConcurrentHashMap(1.7)

　　ConcurrentHashMap考虑到并发性能，它没有像Hashtable一样简单的给每个公有方法加上synchronize，而是利用了JUC包中提供的多种并发特性，在尽量保持性能的前提下实现了多线程安全。它采用多Segment（段）的结构来增加了并发性。

ConcurrentHashMap的并发思路就是将Map分为多个Segment，每个Segment含有一个类似HashMap中的hash表，每个hash表中的元素都是一个键值对Entry，此Entry可以组成一个单向链表。简单的说，ConcurrentHashMap是由多个hash表构成的双重hash表。

　　当要插入数值时，分为三步：第一步计算key的hash值；第二步用此hash值的前n位（2的n次方即为segment的长度，注意segment的长度永远是2的n次方）截取后作为segment的索引；第三步找到该segment的hash表，用(tab.length-1)&hash作为hash表的索引，然后在此位置插入数值。

　　查询数据时亦然，首先计算key的hash值，然后找到对应的segment，然后从segment的hash表中查到链表，再依次在链表中搜索相应的Entry。

　　Segment继承了ReentrantLock，因此它实际上是一把锁。在进行put、remove、replace、clear等需要改动内部内容的操作时，都要进行加锁操作。采用自旋锁和独占锁结合的方法，在很多场景下能够提高Segment并发操作数据的效率。

　　ConcurrentHashMap的get操作不需要加锁！因为volatile字段写先于读。size方法也不需要加锁，在无所状态下，多次通过遍历获得sum值，若连续两次sum值相同，则认为此时的sum就位size。

• ConcurrentHashMap(1.8)

　　抛弃了原有的 Segment 分段锁，而采用了 CAS + synchronized 来保证并发安全性。