HashMap、TreeMap、Hashtable、HashSet和ConcurrentHashMap区别

一、HashMap、TreeMap都继承AbstractMap抽象类；TreeMap实现SortedMap接口，因此TreeMap是有序的！HashMap是无序的。
    接口层次：
    public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V>
    public interface NavigableMap<K,V> extends SortedMap<K,V>
    public class HashMap<K,V>     extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
    public class HashMap<K,V>    extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

二、两种常规Map性能
    HashMap：适用于在Map中插入、删除和定位元素。
    Treemap：适用于按天然顺序或自定义顺序遍历键(key)。

使用场景：HashMap一般比TreeMap快一点(树和哈希表的数据结构使然)，建议多使用HashMap，在须要排序的Map时候才用TreeMap。

三、HashMap和Hashtable的区别

        HashMap和Hashtable都实现了Map接口，主要的区别有：线程安全性，同步(synchronization)，以及速度。
HashMap几乎能够等价于Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，并能够接受null(HashMap能够接受为null的键值(key)和值(value)，而Hashtable则不行)。
HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，这意味着Hashtable是线程安全的，多个线程能够共享一个Hashtable；而若是没有正确的同步的话，多个线程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的扩展性更好。
另外一个区别是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。因此当有其它线程改变了HashMap的结构（增长或者移除元素），将会抛出ConcurrentModificationException，但迭代器自己的remove()方法移除元素则不会抛出ConcurrentModificationException异常。但这并非一个必定发生的行为，要看JVM。这条一样也是Enumeration和Iterator的区别。
因为Hashtable是线程安全的也是synchronized，因此在单线程环境下它比HashMap要慢。若是你不须要同步，只须要单一线程，那么使用HashMap性能要好过Hashtable。
HashMap不能保证随着时间的推移Map中的元素次序是不变的。

咱们可否让HashMap同步？
HashMap能够经过下面的语句进行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

效率低下的HashTable容器

     HashTable容器使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的状况下HashTable的效率很是低下。由于当一个线程访问HashTable的同步方法时，其余线程访问HashTable的同步方法时，可能会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，而且也不能使用get方法来获取元素，因此竞争越激烈效率越低。

为什么ConcurrentHashMap能够替代HashTable？（ConcurrentHashMap的锁分段技术）

        HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的缘由，是由于全部访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁，那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一样数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而能够有效的提升并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先将数据分红一段一段的存储，而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，其余段的数据也能被其余线程访问。

四、ConcurrentMap 

ConcurrentHashMap 表现区别：不能够有null键，线程安全，原子操做。一个ConcurrentHashMap 由多个segment 组成，每一个segment 包含一个Entity 的数组。这里比HashMap 多了一个segment 类。该类继承了ReentrantLock 类，因此自己是一个锁。当多线程对ConcurrentHashMap 操做时，不是彻底锁住map， 而是锁住相应的segment 。这样提升了并发效率。缺点：当遍历ConcurrentMap中的元素时，须要获取全部的segment 的锁，使用遍历时慢。锁的增多，占用了系统的资源。使得对整个集合进行操做的一些方法

ConcurrentHashMap的get操做

Segment的get操做实现很是简单和高效。先通过一次再哈希，而后使用这个哈希值经过哈希运算定位到segment，再经过哈希算法定位到元素，代码以下：

public V get(Object key) {

       int hash = hash(key.hashCode());

       return segmentFor(hash).get(key, hash);
 
   }

 

get操做的高效之处在于整个get过程不须要加锁，除非读到的值是空的才会加锁重读，咱们知道HashTable容器的get方法是须要加锁的，那么ConcurrentHashMap的get操做是如何作到不加锁的呢？缘由是它的get方法里将要使用的共享变量都定义成volatile，如用于统计当前Segement大小的count字段和用于存储值的HashEntry的value。定义成volatile的变量，可以在线程之间保持可见性，可以被多线程同时读，而且保证不会读到过时的值，可是只能被单线程写（有一种状况能够被多线程写，就是写入的值不依赖于原值），在get操做里只须要读不须要写共享变量count和value，因此能够不用加锁。之因此不会读到过时的值，是根据Java内存模型的happen before原则，对volatile字段的写入操做先于读操做，即便两个线程同时修改和获取volatile变量，get操做也能拿到最新的值，这是用volatile替换锁的经典应用场景。

transient volatile int count;

volatile V value;

ConcurrentHashMap的Put操做在定位元素的代码里咱们能够发现定位HashEntry和定位Segment的哈希算法虽然同样，都与数组的长度减去一相与，可是相与的值不同，定位Segment使用的是元素的hashcode经过再哈希后获得的值的高位，而定位HashEntry直接使用的是再哈希后的值。其目的是避免两次哈希后的值同样，致使元素虽然在Segment里散列开了，可是却没有在HashEntry里散列开。

hash >>> segmentShift) & segmentMask//定位Segment所使用的hash算法

int index = hash & (tab.length - 1);// 定位HashEntry所使用的hash算法

如何扩容。扩容的时候首先会建立一个两倍于原容量的数组，而后将原数组里的元素进行再hash后插入到新的数组里。为了高效ConcurrentHashMap不会对整个容器进行扩容，而只对某个segment进行扩容。因为put方法里须要对共享变量进行写入操做，因此为了线程安全，在操做共享变量时必须得加锁。Put方法首先定位到Segment，而后在Segment里进行插入操做。插入操做须要经历两个步骤，第一步判断是否须要对Segment里的HashEntry数组进行扩容，第二步定位添加元素的位置而后放在HashEntry数组里。

是否须要扩容。在插入元素前会先判断Segment里的HashEntry数组是否超过容量（threshold），若是超过阀值，数组进行扩容。值得一提的是，Segment的扩容判断比HashMap更恰当，由于HashMap是在插入元素后判断元素是否已经到达容量的，若是到达了就进行扩容，可是颇有可能扩容以后没有新元素插入，这时HashMap就进行了一次无效的扩容。

五、HashSet和HashMap的区别

HashSet是基于HashMap实现的。

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>	implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    private transient HashMap<E,Object> map;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }
    .......
}

 

HashMap	HashSet
HashMap实现了Map接口	HashSet实现了Set接口
HashMap储存键值对	HashSet仅仅存储对象
使用put()方法将元素放入map中	使用add()方法将元素放入set中
HashMap中使用键对象来计算hashcode值	HashSet使用成员对象来计算hashcode值，对于两个对象来讲hashcode可能相同，因此equals()方法用来判断对象的相等性，若是两个对象不一样的话，那么返回false
HashMap比较快，由于是使用惟一的键来获取对象	HashSet较HashMap