HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap的原理与区别

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下面直接来干货，先说这三个Map的区别：

HashTable

• 底层数组+链表实现，不管key仍是value都不能为null，线程安全，实现线程安全的方式是在修改数据时锁住整个HashTable，效率低，ConcurrentHashMap作了相关优化
• 初始size为11，扩容：newsize = olesize*2+1
• 计算index的方法：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length

HashMap

• 底层数组+链表实现，可以存储null键和null值，线程不安全
• 初始size为16，扩容：newsize = oldsize*2，size必定为2的n次幂
• 扩容针对整个Map，每次扩容时，原来数组中的元素依次从新计算存放位置，并从新插入
• 插入元素后才判断该不应扩容，有可能无效扩容（插入后若是扩容，若是没有再次插入，就会产生无效扩容）
• 当Map中元素总数超过Entry数组的75%，触发扩容操做，为了减小链表长度，元素分配更均匀
• 计算index方法：index = hash & (tab.length – 1)

 

HashMap的初始值还要考虑加载因子:

•  哈希冲突：若干Key的哈希值按数组大小取模后，若是落在同一个数组下标上，将组成一条Entry链，对Key的查找须要遍历Entry链上的每一个元素执行equals()比较。
• 加载因子：为了下降哈希冲突的几率，默认当HashMap中的键值对达到数组大小的75%时，即会触发扩容。所以，若是预估容量是100，即须要设定100/0.75＝134的数组大小。
• 空间换时间：若是但愿加快Key查找的时间，还能够进一步下降加载因子，加大初始大小，以下降哈希冲突的几率。

HashMap和Hashtable都是用hash算法来决定其元素的存储，所以HashMap和Hashtable的hash表包含以下属性：

• 容量（capacity）：hash表中桶的数量
• 初始化容量（initial capacity）：建立hash表时桶的数量，HashMap容许在构造器中指定初始化容量
• 尺寸（size）：当前hash表中记录的数量
• 负载因子（load factor）：负载因子等于“size/capacity”。负载因子为0，表示空的hash表，0.5表示半满的散列表，依此类推。轻负载的散列表具备冲突少、适宜插入与查询的特色（可是使用Iterator迭代元素时比较慢）

除此以外，hash表里还有一个“负载极限”，“负载极限”是一个0～1的数值，“负载极限”决定了hash表的最大填满程度。当hash表中的负载因子达到指定的“负载极限”时，hash表会自动成倍地增长容量（桶的数量），并将原有的对象从新分配，放入新的桶内，这称为rehashing。

HashMap和Hashtable的构造器容许指定一个负载极限，HashMap和Hashtable默认的“负载极限”为0.75，这代表当该hash表的3/4已经被填满时，hash表会发生rehashing。

“负载极限”的默认值（0.75）是时间和空间成本上的一种折中：

• 较高的“负载极限”能够下降hash表所占用的内存空间，但会增长查询数据的时间开销，而查询是最频繁的操做（HashMap的get()与put()方法都要用到查询）
• 较低的“负载极限”会提升查询数据的性能，但会增长hash表所占用的内存开销

程序猿能够根据实际状况来调整“负载极限”值。

ConcurrentHashMap

• 底层采用分段的数组+链表实现，线程安全
• 经过把整个Map分为N个部分，能够提供相同的线程安全，可是效率提高N倍，默认提高16倍。(读操做不加锁，因为HashEntry的value变量是不稳定的，也能保证读取到最新的值。)
• Hashtable的synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占，ConcurrentHashMap容许多个修改操做并发进行，其关键在于使用了锁分离技术
• 有些方法须要跨段，好比size()和containsValue()，它们可能须要锁定整个表而而不只仅是某个段，这须要按顺序锁定全部段，操做完毕后，又按顺序释放全部段的锁
• 扩容：段内扩容（段内元素超过该段对应Entry数组长度的75%触发扩容，不会对整个Map进行扩容），插入前检测需不须要扩容，有效避免无效扩容

 

Hashtable和HashMap都实现了Map接口，可是Hashtable的实现是基于Dictionary抽象类的。Java5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的扩展性更好。

HashMap基于哈希思想，实现对数据的读写。当咱们将键值对传递给put()方法时，它调用键对象的hashCode()方法来计算hashcode，而后找到bucket位置来存储值对象。当获取对象时，经过键对象的equals()方法找到正确的键值对，而后返回值对象。HashMap使用链表来解决碰撞问题，当发生碰撞时，对象将会储存在链表的下一个节点中。HashMap在每一个链表节点中储存键值对对象。当两个不一样的键对象的hashcode相同时，它们会储存在同一个bucket位置的链表中，可经过键对象的equals()方法来找到键值对。若是链表大小超过阈值（TREEIFY_THRESHOLD,8），链表就会被改造为树形结构。

在HashMap中，null能够做为键，这样的键只有一个，但能够有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时，便可以表示HashMap中没有该key，也能够表示该key所对应的value为null。所以，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个key，应该用containsKey()方法来判断。而在Hashtable中，不管是key仍是value都不能为null。

Hashtable是线程安全的，它的方法是同步的，能够直接用在多线程环境中。而HashMap则不是线程安全的，在多线程环境中，须要手动实现同步机制（同步块，同步方法，Collections.synchronizedMap(map)）。

Hashtable与HashMap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。解决办法：只须要将ArrayList替换成java.util.concurrent包下对应的类便可，如

替换为 private static List<String> list = new CopyOnWriteArrayList<String>();private static List<String> list = new ArrayList<String>(); 

 

先看一下简单的类图：

  

从类图中能够看出来在存储结构中ConcurrentHashMap比HashMap多出了一个类Segment，而Segment是一个可重入锁。

ConcurrentHashMap是使用了锁分段技术来保证线程安全的。

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。 

ConcurrentHashMap提供了与Hashtable和SynchronizedMap不一样的锁机制。Hashtable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表，从而在同一时刻只能由一个线程对其进行操做；而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。

ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个桶，诸如get、put、remove等经常使用操做只锁住当前须要用到的桶。这样，原来只能一个线程进入，如今却能同时有16个写线程执行，并发性能的提高是显而易见的。

 

原文地址：http://www.javashuo.com/article/p-yeyxwyda-v.html