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【博学谷学习记录】超强总结,用心分享 | HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap

时间:2022-11-07 17:44:22浏览次数:38  
标签:扩容 ConcurrentHashMap HashMap 链表 JDK8 线程 HashTable

HashMap 和 HashTable 的区别

1、HashMap 是非线程安全的,HashTable 是线程安全的。

2、HashMap 的键和值都允许有 null 值存在,而 HashTable 则不行。

3、因为线程安全的问题,HashMap 效率比 HashTable 的要高。

4、Hashtable 是同步的,而 HashMap 不是。因此,HashMap 更适合于单线程环境,而 Hashtable 适合于多线程环境。一般现在不建议用 HashTable, ①是 HashTable 是遗留类,内部实现很多没优化和冗余。②即使在多线程环境下,现在也有同步的 ConcurrentHashMap 替代,没有必要因为是多线程而用HashTable。

HashTable 和 ConcurrentHashMap(JDK1.8) 的区别

HashTable 是线程安全的,使用的是 Synchronized 关键字修饰,每次要锁住整个结构,并发性低。

JDK1.8ConcurrentHashMap 取消了Segment 分段锁,采用 CAS 和 synchronized 来保证并发安全。数据结构跟 HashMap1.8的结构类似,数组+链表/红黑二叉树。synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点,这样只要 hash 不冲突,就不会产生并发,效率又提升 N 倍。

Hashtable对get/put/remove都使用了同步操作。ConcurrentHashMap只对put/remove同步。

Hashtable是快速失败的,遍历时改变结构会报错ConcurrentModificationException。ConcurrentHashMap是安全失败,允许并发检索和更新。

JDK1.8的ConcurrentHashMap和JDK1.7ConcurrentHashMap有什么区别?

  1. JDK8中新增了红黑树

    提高检索时间,在链表长度大于8的时候,将后面的数据存在红黑树中,以加快检索速度。复杂度变成O(logn)

  2. JDK7中使用的是头插法,JDK8中使用的是尾插法

    JDK1.7是用单链表进行的纵向延伸,当采用头插法就是能够提高插入的效率,但是也会容易出现逆序且环形链表死循环问题。但是在JDK1.8之后是因为加入了红黑树使用尾插法,能够避免出现逆序且链表死循环的问题。

  3. JDK7中使用了分段锁,而JDK8中没有使用分段锁了,采用 CAS 和 synchronized 来保证并发安全。

  4. JDK7中使用了ReentrantLock,JDK8中没有使用ReentrantLock了,而使用了Synchronized(锁粒度降低了)

  5. JDK7中的扩容是每个Segment内部进行扩容,不会影响其他Segment,而JDK8中的扩容和HashMap的扩容类似,只不过支持了多线程扩容,并且保证了线程安全

JDK1.8中的ConcurrentHashMap为什么使用synchronized来进行加锁?

JDK8中使用synchronized加锁时,是对链表头结点和红黑树根结点来加锁的,而ConcurrentHashMap会保证,数组中某个位置的元素一定是链表的头结点或红黑树的根结点,所以JDK8中的ConcurrentHashMap在对某个桶进行并发安全控制时,只需要使用synchronized对当前那个位置的数组上的元素进行加锁即可,对于每个桶,只有获取到了第一个元素上的锁,才能操作这个桶,不管这个桶是一个链表还是红黑树。


相比于JDK7中使用ReentrantLock来加锁,因为JDK7中使用了分段锁,所以对于一个ConcurrentHashMap对象而言,分了几段就得有几个ReentrantLock对象,表示得有对应的几把锁。而JDK8中使用synchronized关键字来加锁就会更节省内存,并且jdk也已经对synchronized的底层工作机制进行了优化,效率更好。

ConcurrentHashMap是如何保证并发安全的?

JDK8中ConcurrentHashMap是通过synchronized+cas来实现了。在JDK8中只有一个数组,就是Node数组,Node就是key,value,hashcode封装出来的对象,和HashMap中的Entry一样,在JDK8中通过对Node数组的某个index位置的元素进行同步,达到该index位置的并发安全。同时内部也利用了CAS对数组的某个位置进行并发安全的赋值。

JDK1.8中的ConcurrentHashMap扩容

JDK8中是支持多线程扩容的,JDK8中的ConcurrentHashMap不再是分段,需要扩容时,首先会生成一个双倍大小的数组,之后线程就会进行链表的迁移。

  • 扩容条件:Node 数组满 3/4 时就会扩容
  • 扩容单位:以链表为单位从后向前迁移链表,迁移完成的将旧数组头节点替换为 ForwardingNode
  • 扩容时并发 get
    • 根据是否为 ForwardingNode 来决定是在新数组查找还是在旧数组查找,不会阻塞
    • 如果链表长度超过 1,则需要对节点进行复制(创建新节点),怕的是节点迁移后 next 指针改变
    • 如果链表最后几个元素扩容后索引不变,则节点无需复制
  • 扩容时并发 put
    • 如果 put 的线程与扩容线程操作的链表是同一个,put 线程会阻塞
    • 如果 put 的线程操作的链表还未迁移完成,即头节点不是 ForwardingNode,则可以并发执行
    • 如果 put 的线程操作的链表已经迁移完成,即头结点是 ForwardingNode,则可以协助扩容

JDK1.7中的ConcurrentHashMap扩容

JDK7中也是支持多线程扩容的,原因是,JDK7中的ConcurrentHashMap分段了,每一段叫做Segment对象,每个Segment对象相当于一个HashMap,分段之后,对于ConcurrentHashMap而言,能同时支持多个线程进行操作,前提是这些操作的是不同的Segment,而ConcurrentHashMap中的扩容是仅限于本Segment,也就是对应的小型HashMap进行扩容,所以是可以多线程扩容的。
每个Segment内部的扩容逻辑和HashMap中一样。

标签:扩容,ConcurrentHashMap,HashMap,链表,JDK8,线程,HashTable
From: https://www.cnblogs.com/Azureblue/p/16866817.html

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