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【Java复习】线程安全的 HashMap --- ConcurrentHashMap

news 来源：原创 2024/5/17 9:31:35

1. HashTable 与HashMap区别

HashTable 线程是安全的（使用synchronized）
HashMap 线程是不安全（没有使用锁）
HashMap 允许存放key值 null 存放在 index=0位置
HashTable 不允许存放key为null
HashMap实现不同步，线程不安全。 HashTable线程安全 HashMap中的key-value都是存储在Entry中的。
继承不同。
Hashtable 继承 Dictionary 类，而 HashMap 继承 AbstractMap
public class Hashtable extends Dictionary implements Map
public class HashMap extends AbstractMap implements Map
Hashtable中的方法是同步的，而HashMap中的方法在缺省情况下是非同步的。在多线程并发的环境下，可以直接使用Hashtable，但是要使用HashMap的话就要自己增加同步处理了。
Hashtable 中， key 和 value 都不允许出现 null 值。在 HashMap 中， null 可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为 null 。
当get() 方法返回 null 值时，即可以表示 HashMap 中没有该键，也可以表示该键所对应的值为 null 。因此，在 HashMap 中不能由 get() 方法来判断
HashMap 中是否存在某个键，而应该用 containsKey() 方法来判断。
哈希值的使用不同，HashTable直接使用对象的hashCode。而HashMap重新计算hash值

2. 为什么不使用HashTable

HashTable 底层通过 synchronized 保证线程安全性问题
保证线程安全性问题—加上锁—发生锁的竞争

HashTable 当多个线程在访问 get或者put操作的时候会发生this锁的竞争，多个线程竞争锁最终只会有一个线程获取到this锁，获取不到的this锁可能会阻塞等待。最终将我们的 HashTable 中 get 或者put方法改成单线程执行效率是非常的低。

在多线程的情况下不推荐使用 HashTable
而是推荐使用高效率的 ConcurrentHashMap

使用传统HashTable保证线程问题，是采用synchronized锁将整个HashTable中的数组锁住，在多个线程中只允许一个线程访问Put或者Get，效率非常低，但是能够保证线程安全问题。

在这里插入图片描述
Jdk官方不推荐在多线程的情况下使用HashTable或者HashMap，建议使用ConcurrentHashMap分段HashMap，效率非常高。

ConcurrentHashMap 核心思想：减少多个线程锁竞争不会在访问同一个HashTable

3. ConcurrentHashMap （jdk 1.7 版本）

就是将一个大的HashTable集合拆分成n多个小的HashTable集合默认16个（使用分段锁设计）

在多线程的情况下访问到我们的ConcurrentHashMap 1.7版本做写的操作，如果多个线程写入的key 最终计算落地到不同小的HashTable集合中，就可以实现多线程同时写入key 不会发生锁的竞争。

如果多个线程写入的key 最终计算落地到同一个小的HashTable集合中，就会发生锁的竞争。

ConcurrentHashMap get方法没有锁的竞争
HashTable get方法有锁的竞争

4. ConcurrentHashMap 1.7底层实现原理

ConcurrentHashMap将一个大的HashTable集合拆分成n多个不同的小的HashTable（Segment），默认的情况下是分成16个不同的Segment。每个Segment中都有自己独立的HashEntry<K,V>[] table
在这里插入图片描述
手写 ConcurrentHashMap 1.7 ：

import java.util.Hashtable;

public class MyConcurrentHashMap<K,V> {
    private Hashtable<K,V>[] hashtables;

    public MyConcurrentHashMap(){
        hashtables=new Hashtable[16];
        for (int i = 0; i < hashtables.length; i++) {
            hashtables[i]=new Hashtable<>();
        }
    }
    public void put(K k,V v){
        int hashTableIndex=k.hashCode()%hashtables.length;
        hashtables[hashTableIndex].put(k,v);
    }

    public V get(K k){
        int hashTableIndex=k.hashCode()%hashtables.length;
        return hashtables[hashTableIndex].get(k);
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyConcurrentHashMap<String,String> myConcurrentHashMap=new MyConcurrentHashMap<>();
        myConcurrentHashMap.put("xinshang","mengmeng");
        System.out.println(myConcurrentHashMap.get("xinshang"));
    }

}

ConcurrentHashMap 底层采用分段锁设计将一个大的HashTable线程安全的集合拆分成n多个小的 HashTable集合，默认初始化16个小的HashTable集合。
如果同时16个线程最终计算index值落地到不同的小的HashTable集合不会发生锁的竞争，同时可以支持16个线程访问ConcurrentHashMap 写的操作，效率非常高。

注意点：ConcurrentHashMap 1.7版本需要计算出2次 index值。

第一次计算index= 计算key存放到具体小的HashTable
第二次计算index= 计算key存放到具体小的HashTable，对应具体数组 index位置。
（HashTable----数组+链表实现）

5. # 4. ConcurrentHashMap 1.8 底层实现原理

在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap 虽然是线程安全的，但因为它的底层实现是数组 + 链表的形式，所以在数据比较多的情况下访问是很慢的，因为要遍历整个链表，而 JDK 1.8 则使用了数组 + 链表/红黑树的方式优化了 ConcurrentHashMap 的实现，具体实现结构如下：
在这里插入图片描述
链表升级为红黑树的规则：当链表长度大于 8，并且数组的长度大于 64 时，链表就会升级为红黑树的结构。

ConcurrentHashMap 1.8版本取消了分段锁设计，改成了直接锁表头（数组+链表+红黑树）
在 JDK 1.8 中，ConcurrentHashMap 是在头节点加锁来保证线程安全的，锁的粒度相比 Segment 来说更小了，发生冲突和加锁的频率降低了，并发操作的性能就提高了。而且 JDK 1.8 使用的是红黑树优化了之前的固定链表，那么当数据量比较大的时候，查询性能也得到了很大的提升，从之前的 O(n) 优化到了 O(logn) 的时间复杂度，具体加锁示意图如下：
在这里插入图片描述