HashMap,Hashtable,ConcurrentHashMap-創(chuàng)新互聯

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一、多線程使用HashMap的一些線程安全問題

①造成數據新增丟失

②擴容時候，造成鏈表成環(huán)

二、Hashtable和HashMap的區(qū)別?

①核心方法加鎖

②其他語法上面的略微差異?

三、引入ConcurrentHashMap【重要】

①ConcurrentHashMap相比于Hashtable的優(yōu)勢

Hashtable的缺點:

ConcurrentHashMap的一些優(yōu)化措施（jdk1.8往后）

(1)每一個哈希桶，都是一把"鎖"

??編輯

(2)ConcurrentHashMap不針對get(Object key)方法加鎖

(3)ConcurrentHashMap針對部分修改操作，采用了volatile+原子的方式，讓寫的操作與不加鎖的get()方式不會產生鎖沖突?

(4)擴容操作的優(yōu)化

?這三種數據結構，都是對于哈希表的具體實現。

?有關哈希表的具體設計，我們在前面的文章當中也提到了，關于HashMap的簡單源碼分析，以及HashMap的具體的一些實現，也在下面這兩篇文章當中提到了:

?(1條消息) HashMap簡單源碼分析_革凡成圣211的博客-博客https://blog.csdn.net/weixin_56738054/article/details/127786631?spm=1001.2014.3001.5501
(1條消息) Java的手寫簡單的哈希表_革凡成圣211的博客-博客https://blog.csdn.net/weixin_56738054/article/details/127416821?spm=1001.2014.3001.5501

下面，將重點分析,多線程使用HashMap的一些問題，以及Hashtable、ConcurrentHashMap和HashMap之間的一些區(qū)別。

一、多線程使用HashMap的一些線程安全問題 ? ? ?①造成數據新增丟失

? 因為HashMap當中，并沒有涉及任何的加鎖操作，因此：當多個線程同時調用put()的時候，有可能在兩個鍵的哈希值一樣的時候，之后調用put()的線程新增的值覆蓋掉最開始線程新增的值。

? 圖解：

②擴容時候，造成鏈表成環(huán)

?我們了解到，擴容的操作，實際上是HashMap重現初始化一個原來大小2倍的數組，并且根據新的數組的長度，重新哈希的這樣一個過程。

? 如果執(zhí)行并發(fā)擴容，那么，很有可能在擴容的時候，讓哈希表當中某一個哈希桶的鏈表變成了一個"環(huán)"。那么，也就意味著如果想獲取某一個元素，對哈希桶對應位置的鏈表進行遍歷的時候，沒有任何一個節(jié)點的next指針為null，那么將引發(fā)死循環(huán)。

二、Hashtable和HashMap的區(qū)別? ? ? ? ①核心方法加鎖

? Hashtable的核心方法put()和get()方法被加鎖了。因此，Hashtable是線程安全的

②其他語法上面的略微差異?

?(1)HashMap允許null值作為鍵和值，而Hashtable不允許null作為鍵和值。
?(2)添加值的哈希算法不同，對于HashMap來說，添加值的哈希算法采用的是內部自定義的一個哈希算法，而Hashtable采用的直接是key.hash()的方式計算出的哈希值。但是負載因子都是0.75.
?(3)初始化的容量不同：HashMap的默認初始容量為16，而Hashtable默認的初始容量為11.
?(4)擴容的方式不同:HashMap采用的是2倍大小的方式擴容，而Hashtable擴容的規(guī)則為當前容量*2+1.

?...這些差異，羅列一部分即可，最重要的還是多線程和單線程的使用環(huán)境區(qū)別。

三、引入ConcurrentHashMap【重要】 ①ConcurrentHashMap相比于Hashtable的優(yōu)勢

對于Hashtable來說，它解決線程安全問題的方式，比較"粗魯”。

Hashtable的缺點:

?第一:

?Hashtable使用的直接是synchronized修飾核心方法的方式來加鎖的，那么，如果兩個線程同時只是讀取某一個變量的值，根據之前對線程安全問題的概述，如果線程僅僅只是對變量進行讀操作而并非寫操作，那么并不會發(fā)生線程安全問題。

?但是Hashtable即使是在多個線程同時讀取某個Entry的值的時候，也照樣會造成阻塞等待的情況，因此Hashtable的鎖的粒度是比較大的。

?第二：

?即使是put()、get()操作，發(fā)生線程安全問題的前提條件也必須是需要put()的兩個鍵的哈希值相同的情況，也就是，針對同一個哈希桶進行put()或者get()的情況。

?而Hashtable采用的是直接“一棒打死”。無論是否針對同一個哈希桶進行讀寫操作，只要多個線程同時調用一個map的put()或者get()方法，都會發(fā)生阻塞等待的情況。

ConcurrentHashMap的一些優(yōu)化措施（jdk1.8往后） ? ? ?(1)每一個哈希桶，都是一把"鎖"

?讓每一個哈希桶都是一把鎖。當新增元素發(fā)生哈希沖突，也就是散列到同一個哈希地址的時候，才會發(fā)生鎖沖突。
?這樣，就有效減少了不必要的鎖沖突，減小了鎖的粒度

觀察上面的圖：當兩個線程同時嘗試分別修改同一個哈希地址的1，2節(jié)點的時候，會產生阻塞等待的情況。

當兩個線程同時修改3，4節(jié)點的時候，不會產生阻塞等待。

也就是，只有發(fā)生了哈希沖突的時候，才會產生阻塞等待的情況?

觀察一下源碼:

??對于jdk1.8之前的代碼，是采用分段鎖的方式進行修改的。也就是，其中的N個哈希桶作為一把鎖，如果有線程同時針對這N個為一把鎖的哈希桶進行修改操作，會產生鎖沖突，造成阻塞等待。

(2)ConcurrentHashMap不針對get(Object key)方法加鎖

由于get()方法是通過key得到對應的value的值的方法，本質上是“讀取”操作，當多個線程同時調用get()方法的時候，不存在線程安全問題。

因此，ConcurrentHashMap取消了對于get()方法加鎖的機制。

這里需要注意的地方是，ConcurrentHashmap當中：

? Ⅰ一個線程讀去數據，另外一個線程也同時去讀取數據，這個時候不存在線程安全問題，也不存在鎖沖突；因為ConcurrentHashMap沒有針對get方法加鎖

? Ⅱ一個線程去寫數據，另外一個線程也去寫數據，不存在線程安全問題，但是有可能存在鎖沖突;存在鎖沖突的前提是兩個線程針對同一個哈希桶進行寫操作。

? Ⅲ一個線程去讀數據，另外一個線程去寫數據，不存在線程安全問題，但是有可能產生鎖沖突。

??對于第Ⅲ點，如果產生了鎖沖突，那么就是意味著兩個線程一個對于同一哈希桶進行"讀"操作，另外一個針對哈希桶進行"寫"操作，并且都是哈希桶有存放元素，也就是需要遍歷的時候，才會產生鎖沖突。

? 如果哈希桶沒有存放元素，是null的，那么，請往下面第(3)點查看。

(3)ConcurrentHashMap針對部分修改操作，采用了volatile+原子的方式，讓寫的操作變?yōu)?原子"的，從而與不加鎖的讀操作不會產生鎖沖突?

?ConcurrentHashMap內部充分利用了CAS，來削減了加鎖的次數。

?下面，舉幾個例子，關于ConcurrentHashMap是如何使用CAS的:

? 例子1、當讓存放元素之后，個數+1的時候，采用的是CAS的做法來保證數組當中實際存儲key的數量+1這個操作的原子性

其中,addCount方法內部采用的就是CAS的做法來實現個數+1的原子性的。?

? 例子2、?當對應的HashEntry數組當中，某一個位置不存放任何元素，也就是為null的時候，會采用cas的方式填充到對應的哈希地址。

?對于ConcurrentHashMap當中修改key的個數，本質上還是在addCount方法內部，通過CAS的方式來修改

(4)擴容操作的優(yōu)化

?? ? ?回顧一下HashMap或者Hashtable擴容的操作，它們都是創(chuàng)建一個更大容量的數組，然后把每一個元素重新哈希的做法。

? 在數據量比較大的時候，會造成可能某次put()之后，線程會阻塞等待很長的時間，才可以完成擴容。

?擴容條件:

?①當存放Node節(jié)點的數組長度小于64，并且單個哈希桶的鏈表的存放節(jié)點個數達到8的時候，會觸發(fā)擴容；如果存放節(jié)點的數組長度>=64，那么會把當前的鏈表樹化為紅黑樹。
?②當存儲的實際key的數量/Node數組的長度達到負載因子的時候，會觸發(fā)擴容

以上兩點，和jdk1.8版本的HashMap的擴容前提條件類似，沒有太大的差別。

滿足上面的條件之后，會進入到下面的操作：

首先申請一個原來數組大小2倍的新數組

如果有多個線程同時嘗試擴容，那么，ConcurrentHashMap會對這些線程進行"分工”。何為分工呢？畫個圖簡單看一看:

?也就是，每一個線程，分別對原有的數組上面的元素分別進行"搬運"操作，讓它們都被各自的線程重新哈希到新的數組上面的位置，這樣的效率會更加的高。

? 同時,如果ConcurrentHashMap如果正在擴容的時候：

? 其他線程調用get方法，那么調用的線程會查詢舊數組和新的數組當中是否存在對應的key。

? 其他線程如果調用remove方法，那么調用的線程會把舊數組和新的數組當中的key都刪除掉。

? 而不是一直阻塞等待，直到擴容執(zhí)行完畢。

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