1. HashMap与HashTable

与HashTable相比，HashMap的主要区别是： 1）HashMap是非同步的，即非线程安全的； 2）HashMap允许空键与空值； 3）在单线程环境中，HashMap的速度相比HashTable来说要快很多； 4）两者的内部遍历方式也不同，HashMap使用了fast-fail迭代器,HashTable在jdk1.8版本以后才使用。

1.1 同步与线程安全

HashMap允许不同的线程在同一时间对其中的内容进行修改，所以HashMap是非同步、非线性安全的。

HashTable通过Synchronized关键字来实现同步。假如一个线程在对HashTable中的内容进行操作，HashTable将被锁住，别的线程再去调用HashTable将会报错。

同步可以保证线程安全，但也导致了效率下降。因此，JAVA 5中推出了HashTable的替代ConcurrentHashMap。

2. HashMap与ConcurrentHashMap

2.1 jdk1.7版本

2.1.1 HashMap

在jdk1.7版本及之前的版本当中，HashMap通过一个Entry数组来存储数据，通过key的hashcode取模来决定value的位置，不同的hashcode代表不同的存储位置，例如hashcode==i的key存储在Entry[i]。出现hash冲突，相同的hashcode会在这一位置形成一个链表，查找元素要先通过hashcode查找这一位置，复杂度O(1)，再遍历链表确定key，复杂度O(n)，所以链表越多，hashmap的查找效率越低，在1.8版本中过长的链表将加载为红黑树。

1.8版本以前HashMap扩容会将链表采用“头插法”的方法在新tab位置插入，这导致在并发状况下会发生死锁（在多线程同时resize时产生死锁，在get的时候导致不停循环，cpu占用率不断上升）。在1.7版本，头插法需要遍历链表，复杂度为O(n)，在1.8版本改为尾插法，因为在链表转为红黑树后，遍历链表只需要O(logn)的复杂度。

死锁发生原理见：blog.csdn.net/qq_22158743…

2.1.2 ConcurrentHashMap

使用segment + hashentry来实现。segment在实现上继承了ReetrantLock，即实现了锁的功能。

ConcurrentHashMap可以理解为实现了分段锁功能，总共有16个segment。某一线程对其中一个segment进行操作不会影响其他线程对别的segment进行操作。

put实现

当执行put方法插入数据时，根据key的hash值，在Segment数组中找到相应的位置，如果相应位置的Segment还未初始化，则通过CAS进行赋值，接着执行Segment对象的put方法通过加锁机制插入数据。

CAS 乐观锁

Compare And Swap（CAS）即比较与替换 CAS涉及到了三个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

如果A与内存地址V中的实际值不相符（例如被其他线程操作而改变），程序会重新获取内存地址V的当前值，并重新计算想要修改的新值。该过程称为自旋。

2.2 jdk1.8版本

2.2.1 HashMap

通过链表形式来存储相同hashcode下的key，进行遍历查找需要O（n）的开销。在jdk1.8版本后，HashMap弃用了原先的数据结构，采用Node数组来存储key和value。如果key小于8个，Node采用链表进行存储，如果大于等于8个（>=8），会调用treeifyBin()函数，将链表转换为红黑树（注：如果tab[].length<64，仅进行扩容hashmap操作，不将链表转变为红黑树，具体见treeifyBin()函数）。

那么即使所有key的hashcode完全相同，由于红黑树的特点，查找某个特定元素，也只需要O（logn）的开销。

链表结点小于等于6个（<=6），红黑树将退化为链表。退化情况：

removeTreeNode()，移除红黑树结点，若总结点小于等于6个则退化成链表，调用untreeify()函数。一下为removeTreeNode中判断源码：

    if (root == null
        || (movable
            && (root.right == null
                || (rl = root.left) == null
                || rl.left == null))) {
        tab[index] = first.untreeify(map);  // too small
        return;

resize()过程后hashcode()发生变化，更加散列，调用split()函数对TreeNode进行分割，分割后小于等于6个则退化。以下为split()中其中一处退化（分割为两处）：

if (lc <= UNTREEIFY_THRESHOLD)//<=6
    tab[index] = loHead.untreeify(map);

红黑树

红黑树是一种含有红黑结点并能自平衡的二叉查找树。它必须满足下面性质：

性质1：每个节点要么是黑色，要么是红色。
性质2：根节点是黑色。
性质3：每个叶子节点（NIL）是黑色。
性质4：每个红色结点的两个子结点一定都是黑色。
性质5：任意一结点到每个叶子结点的路径都包含数量相同的黑结点。

关于红黑树在插入和删除后的自平衡方法，可以参见其余博主。关于HashMap其他内容，插入（putval）及resize()，可见： blog.csdn.net/login_sonat…

2.2.2 ConcurrentHashMap

在jdk1.7中的ConcurrentHashMap效率仍存在很大的问题，即遍历链表查询效率过低，在jdk1.8中进行了优化。

放弃了segment的设计，取而代之的是Node+CAS+Synchronized来保证并发安全。与HashMap类似，Node在key超过一定数量时转变为红黑树来提高查询效率。通过CAS和Synchronized来保证并发的安全性。

ConcurrentHashMap源码分析可见： blog.csdn.net/hezuo1181/a…

ConcurrentHashMap transfer()源码分析可见： www.jianshu.com/p/77fda250b…

Java jdk1.7、1.8 HashMap、HashTable、ConcorrectHashMap区别