说一说HashMap和ConcurrentHashMap

杨了个洋
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一、HashMap

1、数据结构

  • java7

    • 数组加链表

  • java8

    • 数组+链表+红黑树

      • 转化树的目的

        • 链表越长查找效率越来越低，所以转成树，耗时log(n)，短的时候链表快

      • 何时转化

        • 链表元素大于等于8并且数组长度超过64转为树

          • 链表达到阈值但是数组长度没超过64，发生扩容，先利用扩容来缩小链表的长度

        • 小于等于6还原链表

        • 中间有个差值7可以有效防止链表和树频繁转换

        • 链表转红黑树阈值是8，实际链表长度9

        • 源码注释，泊松分布，8的时候hash冲突概率已经很小了

      • 红黑树

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2、初始容量

  • java7

    • 16

      • 考虑到了效率和内存使用的权衡。这个值不能太大，以避免浪费空间；也不能太小，以免频繁发生扩容影响效率

  • java8

    • 0，put的时候才初始化16

3、扩容

  • 阈值=容量*加载因子0.75。默认12，超过扩容

  • 新容量=旧容量*2

  • 扩容的过程就是对key重新计算hash，然后把数据拷贝到新的数组

  • java7使用头插法会导致环形链表

    是因为并发扩容导致的，例如线程 T1 和T2进行扩容操作，此时 T1 和 T2 指向的是链表的头结点元素 A，而 T1 和 T2 的下一个节点，指向的是 B 节点

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此时线程 T2正好挂起，线程 T1 扩容完成后，线程 T2 才被唤醒

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在头插法中，新加入的节点总是被插入到链表的头部。所以，T1 执行完之后的顺序是 B 到 A，T2继续执行，将A插入完，循环至B, 此时B的next指向A（T1做了全局的修改）， B执行完后。循环发现B.next!=null，把A又执行了一次，根据头插法，A的next又指向B.

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当使用get获取元素时，发现A.next=B,B.next=A;形成环状，导致查询出现了死循环

  • java8

尾插法，不会变化原Node的next关系，解决死循环的问题

4、put

  • 通过key的hash值对数组长度取余

    • 取余效率不如位移运算：hash&(length-1)
    • 两者相等的前提是length是2的n次方，所以map容量都是向上取2的倍数

  • 找到数组中的位置之后，如果数组中没有元素直接存入，反之则判断key是否相同，key相同就覆盖，否则就会插入到链表的尾部，如果链表的长度超过8，则会转换成红黑树，最后判断数组长度是否超过默认的长度*负载因子也就是12，超过则进行扩容。

5、get

计算key的hash值，定位数组位置，遍历链表或者红黑树找到相同的key返回value

6、线程不安全

  • java7

    • 在多线程环境下，并发扩容时会造成环形链或数据丢失。

  • java8

    • 在多线程环境下，put会发生数据覆盖的情况。

二、ConcurrentHashMap

1、数据结构

  • java7

    • ReentrantLock+Segment+hashEntry，通过Segment分段锁保证线程安全，segment继承ReentrantLock，默认16个，并发16，每个Segment包含一个HashEntry数组，默认容量2，每个HashEntry又是一个链表

  • java8

    • synchronized+CAS+Node（实现Map.Entry<K,V>）+红黑树，通过synchronized+CAS保证线程安全，锁链表的head节点，锁粒度更细，效率更高

2、put

  • java7

    • 计算key的hash，定位到segment，segment如果是空就先初始化
    • 使用ReentrantLock加锁，如果获取锁失败则尝试自旋，自旋超过次数就阻塞获取，保证一定获取锁成功
    • 二次hash，定位HashEntry数组下标，遍历HashEntry，就是和HashMap一样，数组中key一样就直接替换，不存在就再插入链表，超过扩容，释放锁

  • java8

    • 首先计算hash，遍历node数组，如果当前数组位置是空则直接通过CAS自旋写入数据
    • 否则如果hash==MOVED，说明需要扩容，执行扩容
    • 如果都不满足，就使用synchronized写入数据，key一样就覆盖，反之就尾插法，链表长度超过8就转换成红黑树

3、get

  • java7

    • key通过hash定位到segment，再遍历链表定位到具体的元素上，需要注意的是value是volatile的，所以get是不需要加锁的

  • Java8

    • 同hashmap

4、特性

java8，不允许nullkey和nullvalue，会跟get返回null产生歧义

5、线程安全

利用锁机制保证线程安全

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