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HashMap与ConcurrentHashMap你不得不知道的几个点

HashMap

HashMap说明
底层结构1. JDK1.8之前:数组+链表
2. JDK1.8:数组+链表/红黑树
链表与红黑树之间的转换:
链表->红黑树:链表长度大于等于8且数组长度(hash桶)大于等于64的时候
红黑树->链表:红黑树的节点数量小于等于6的时候退化为链表
元素特性key、value可以为null,只能有一个key为null的键值对,允许有多个value为null的键值对
hash桶的数量默认16,加载因子默认0.75(HashMap也许是按照lazy-load原则,在首次put元素时在resize()方法中初始化)
扰动函数1. JDK1.8之前扰动处理 = 9次扰动 = 4次位运算 + 5次异或运算
2. JDK1.8扰动处理 = 2次扰动 = 1次位运算 + 1次异或运算
插入过程1. 通过key的hashCode经过扰动函数处理过后得到hash值,然后对数组长度取模((n-1)&hash)得到数组下标
2. 如果没有产生hash冲突(下标位置没有元素),则直接创建Node存入数组
3. 如果产生hash冲突,先利用equals进行比较,相同则取代该元素,不同,则判断链表高度插入链表(拉链法),链表高度达到8且数组长度到64则转表为红黑树,以减少搜索时间,长度低于6将红黑树转回链表
4. key为null,存在下标为0的位置
扩容首先检测数组里元素个数(hash桶的大小),当大于16*0.75=12的时候就会触发扩容,扩容成之前hash桶数量的2倍(2的幂)
会把之前那些元素再次进行一次哈希运算然后添加到新的hash桶里面,按照链表或红黑树的方式再排列起来
线程安全性非线程安全
在插入操作的时候多线程情况下会有数据覆盖的可能
1.7:在put的时候还有个resize的过程,头插可能会形成一个环形链表导致死循环
1.8:改成尾插,解决了死循环问题,但仍然不建议在多线程环境下使用HashMap
hash桶的数量为什么是2的幂次方?1. 为了能让 HashMap 存取高效,尽量较少碰撞,也就是要尽量把数据分配均匀。hash 值的范围值-2147483648到2147483647,前后加起来大概40亿的映射空间,只要哈希函数映射得比较均匀松散,一般应用是很难出现碰撞的
2. 但是我们不可能开辟一个长度为40亿的数组,用之前还要先对数组的长度取模运算,得到的余数才能用作数组下标。这个数组下标的计算方法是“ (n - 1) & hash”。只有满足2的幂次方,(n - 1) & hash才能映射到0~(n-1)的范围内,例如hash桶的默认大小为n=16,n-1=15对应的二进制为0111,只有2的倍数在减1的时候才会出现0111这样的值,才能把hash值映射到0~15
为什么是(n-1)&hash取余(%)操作中如果除数是2的幂次则等价于与其除数减一的与(&)操作(也就是说 hash%length==hash&(length-1)的前提是 length 是2的 n 次方;),并且 采用位操作 &,相对于%能够提高运算效率
为什么要树化?链表查询是线性的,会严重影响存取性能,树实现可以提供可靠的O(logn)访问性能

ConcurrentHashMap

HashMap说明
底层结构1. JDK1.7:分段数组+链表
2. JDK1.8:改成了与HashMap一样的数据结构(数组+链表/红黑树),使用synchronized+CAS来保证线程安全
扰动函数同hashmap相似,1.8多了一个&操作保证hash为正数
实现线程安全的方式1. JDK1.7:对整个桶数组进行了分段分割,加Segment分段锁(继承了ReentrantLock),每一把锁只锁容器其中一部分数据,多线程访问容器里不同数据段的数据,就不会存在锁竞争,并发度为分段个数(可以通过构造函数指定),数组扩容不会影响到其他的Segment
2. JDK1.8:直接用Node数组+链表/红黑树的数据结构来实现,并发控制使用synchronized和CAS来操作,Node的val和next都用volatile修饰,保证可见性
CAS:查找、替换、赋值操作都使用CAS
synchronized:锁链表的头结点,不影响其他元素的读写,锁粒度更细,效率更高,扩容时,阻塞所有读写操作,并发扩容
元素查询1. JDK1.7:二次hash,第一次hash定位到Segment,第二次hash定位到元素所在链表的头部
2. JDK1.8:读操作无锁,Node的val和next都用volatile修饰,读写线程对该变量互相可见,数组用volatile修饰,保证扩容时被读线程感知

JDK1.8:hash的时候会 & HASH_BITS,用以保证其为正数。因为ConcurrentHashMap中会利用负值hash做特殊标识。

  • Java8 ConcurrentHashMap 存储结构:

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参考

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