HashMap、HashTable和ConcurrentHashMap的區別

HashMap、HashTable

簡單點來說，HashTable是線程安全的HashMap，都實現了Map接口，Map接口對鍵值對進行映射。但還是有些不同，這裏從三點來說：線程安全性，同步(synchronization)，以及速度。

• 我們先來看看HashMap的底層:

public class HashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

不難看出， HashMap實現了 Cloneable, Serializable兩大接口；

底層描述：HashMap底層是數組加鏈表的形式，基於hashing原理，我們通過put()和get()方法儲存和獲取對象。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode，讓後找到bucket位置來儲存值對象。當獲取對象時，通過鍵對象的equals()方法找到正確的鍵值對，然後返回值對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題，當發生碰撞了，對象將會儲存在鏈表的下一個節點中。 HashMap在每個鏈表節點中儲存鍵值對對象。

 

以下爲hashmap的方法，有兩個很明顯的特點：

1. 沒有加synchronized；因此線程不安全
2. 它的鍵值可以爲空；
3. Map中不允許重複的鍵；

public int size()   //鍵值對的數量
public boolean isEmpty()  //判斷是否爲空
public V get(Object key)  //常用的get方法，通過鍵獲取值
private V getForNullKey(Object key)  //通過鍵查看哪個值爲空 
private V putForNullKey(V value) //通過值查看哪個鍵爲空 
public boolean containsKey(Object key) //包含某個鍵
final Entry<K,V> getEntry(Object key) //hashmap中通過key拿到鍵值對
public V put(K key, V value)  //常用的put方法，將鍵值對放入map中
public V remove(Object key)  //移除掉當前的鍵值對
public void clear()  //清空map
public boolean equals(Object obj)

•  HashTable的底層

public class Hashtable<K,V>
    extends Dictionary<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {

 HashTable也實現了 Cloneable, Serializable兩大接口，再次證明HashTable和HashMap都實現的Map接口；

底層描述：

1. 和HashMap一樣，Hashtable 也是一個散列表，它存儲的內容是鍵值對。
2. 從底層代碼看出，Hashtable 繼承於Dictionary，實現了Map、Cloneable、java.io.Serializable接口。
3. Hashtable 它是線程安全的。它的key、value都不可以爲null。

 

下面我們來看看HashTable中的方法：

1. 加synchronized；因此線程安全
2. 它的鍵值不可以爲空；

3. HashTable和HashMap用法相似

public synchronized int size()；

public synchronized boolean isEmpty()

public synchronized Enumeration<K> keys()

public synchronized boolean contains(Object value)

public boolean containsValue(Object value) //是否包含值

public synchronized boolean containsKey(Object key) //是否包含key

public synchronized V get(Object key)   //通過key拿到value

public synchronized V remove(Object key)  //通過key移除掉當前鍵值對

public synchronized void clear()  //清空map

很明顯都加了synchronized來保證線程安全

在這裏對synchronized做一些拓展，sychronized意味着在一次僅有一個線程能夠更改Hashtable。就是說任何線程要更新Hashtable時要首先獲得同步鎖，其它線程要等到同步鎖被釋放之後才能再次獲得同步鎖更新Hashtable。
 

總結：

• 你需要完全的線程安全的時候使用HashTable，否則HashMap

問：我們能否讓HashMap同步？

• Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

 

ConcurrentHashMap

當我們需要線程安全時又想要很高的性能，此時就需要使用ConcurrentHashMap了，那麼爲什麼不適用穩定安全的hashtable呢？

我們先對ConcurrentHashMap做一些介紹：

• 底層採用分段的數組+鏈表實現，線程安全。
• 通過把整個map分爲N個Segment，可以提供相同的線程安全效率提升N倍，默認16倍。
• 讀操作不加鎖，修改操作加分段鎖，允許多個修改操作並行發生。
• 擴容：段內擴容（段內元素超過該段對應的Entry數組的0.75，觸發擴容，而不是整段擴容），插入前檢測是否需要擴容，避免無效擴容。

現在明白了，它們都可以用於多線程的環境，但是當Hashtable的大小增加到一定的時候，性能會急劇下降，而ConcurrentHashMap引入了分段鎖，不論它變得多麼大，僅僅需要鎖定map的某個部分，而其它的線程不需要等到迭代完成才能訪問map。簡而言之，在迭代的過程中，ConcurrentHashMap僅僅鎖定map的某個部分，而Hashtable則會鎖定整個map。

這裏我們對分段鎖進行介紹：

        首先將數據分成一段一段的存儲，然後給每一段數據配一把鎖，當一個線程佔用鎖訪問其中一個段數據的時候，其他段的數據也能被其他線程訪問。

面試中這些是常用的問題，在這裏我例舉幾個：

問：爲什麼String作爲鍵？

因爲String是不可變的，也是final的，而且已經重寫了equals()和hashCode()方法了。

問：hashmap如何處理碰撞的？

• 由於hashmap在存值的時候並不是直接使用的key的hashcode，而是通過哈希算法計算出了一個新的hash值，這個計算出的hash值可以明顯的減少碰撞。
• 擴容，擴容其實很好理解，就是將原來桶的容量擴爲原來的兩倍。這樣爭取散列的均勻，比如：原來桶的長度爲16,hash值爲1和17的entry將會都在桶的0號位上，這樣就出現了碰撞，而當桶擴容爲原來的2倍時，hash值爲1和17的entry分別在1和17號位上，岔開了碰撞。