hashTable HashMao ConcurrentHashMap

男娘i 2022-08-26 08:11 143阅读 0赞

Java集合类是个非常重要的知识点，HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap等算是集合类中的重点，可谓“重中之重”，首先来看个问题，如面试官问你：HashMap和HashTable有什么区别，一个比较简单的回答是：

1、Hashtable和HashMap都实现了Map接口，但是Hashtable的实现是基于Dictionary抽象类。
    2、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。而在Hashtable中，无论是key还是value都不能为null 。
     3、这两个类最大的不同在于：
    （1）Hashtable是线程安全的，它的方法是同步了的，可以直接用在多线程环境中。
    （2）而HashMap则不是线程安全的。在多线程环境中，需要手动实现同步机制。因为线程安全的问题，HashMap效率比HashTable的要高。

能打出上面的三点，简单的面试，算是过了，但是如果再问：Java中的另一个线程安全的与HashMap及其类似的类是什么？同样是线程安全，它与 HashTable在线程同步上有什么不同？能把第二个问题完整的答出来，说明你的基础算是不错的了。带着这个问题，本章开始系Java之美\[从菜鸟到高手演变\]系列之 深入解析HashMap和HashTable类应用而生！总想在文章的开头说点儿什么，但又无从说起。从最近的一些面试说起吧，感受就是：知识是永无止境 的，永远不要觉得自己已经掌握了某些东西。如果对哪一块知识感兴趣，那么，请多多的花时间，哪怕最基础的东西也要理解它的原理，尽量往深了研究，在学习的 同时，记得多与大家交流沟通，因为也许某些东西，从你自己的角度，是很难发现的，因为你并没有那么多的实验环境去发现他们。只有交流的多了，才能及时找出 自己的不足，才能认识到：“哦，原来我还有这么多不知道的东西！”。  
  
  
在Collections类中提供了一个方法返回一个同步版本的HashMap用于多线程的环境：  
Java代码

public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) { return new SynchronizedMap<K,V>(m); }

该方法返回的是一个SynchronizedMap 的实例。  
SynchronizedMap类是定义在Collections中的一个静态内部类。  
它实现了Map接口，并对其中的每一个方法实现，通过synchronized 关键字进行了同步控制。  
   
2. 潜在的线程安全问题  
上面提到Collections为HashMap提供了一个并发版本SynchronizedMap。  
这个版本中的方法都进行了同步，但是这并不等于这个类就一定是线程安全的。  
在某些时候会出现一些意想不到的结果。  
如下面这段代码：  
Java代码  
// shm是SynchronizedMap的一个实例     
if(shm.containsKey('key'))\{     
        shm.remove(key);     
\}    
  
  
 这段代码用于从map中删除一个元素之前判断是否存在这个元素。  
 这里的containsKey和reomve方法都是同步的，但是整段代码却不是。  
   
 考虑这么一个使用场景：  
线程A执行了containsKey方法返回true，准备执行remove操作；  
这时另一个线程B开始执行，同样执行了containsKey方法返回true，并接着执行了remove操作；  
然后线程A接着执行remove操作时发现此时已经没有这个元素了。  
要保证这段代码按我们的意愿工作，一个办法就是对这段代码进行同步控制，但是这么做付出的代价太大。  
   
在进行迭代时这个问题更改明显。Map集合共提供了三种方式来分别返回键、值、键值对的集合：  
Java代码  
Set<K> keySet()；     
Collection<V> values()；     
Set<Map.Entry<K,V>> entrySet()；    
  
  
 在这三个方法的基础上，我们一般通过如下方式访问Map的元素：  
Java代码  
Iterator keys = map.keySet().iterator();   
while(keys.hasNext())\{     
        map.get(keys.next());     
\}    
   
在这里，有一个地方需要注意的是：得到的keySet和迭代器都是Map中元素的一个“视图”，而不是“副本” 。  
问题也就出现在这里，当一个线程正在迭代Map中的元素时，另一个线程可能正在修改其中的元素。  
此时，在迭代元素时就可能会抛出 ConcurrentModificationException异常。  
  
  
  
为了解决这个问题通常有两种方法，  
（1）一是直接返回元素的副本，而不是视图。这个可以通过  
集合类的 toArray() 方法实现，但是创建副本的方式效率比之前有所降低，  
特别是在元素很多的情况下；  
（2）另一种方法就是在迭代的时候锁住整个集合，这样的话效率就更低了。  
  
  
3. 更好的选择：ConcurrentHashMap  
java5中新增了ConcurrentMap接口和它的一个实现类ConcurrentHashMap。  
  
  
ConcurrentHashMap提供了和Hashtable以及SynchronizedMap中所不同的锁机制。  
Hashtable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表，从而同一时刻只能由一个线程对其进行操作；  
而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。  
ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个桶，诸如get,put,remove等常用操作只锁当前需要用到的桶。  
这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有16个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。  
   
上面说到的16个线程指的是写线程，而读操作大部分时候都不需要用到锁。只有在size等操作时才需要锁住整个hash表。  
   
在迭代方面，ConcurrentHashMap使用了一种不同的迭代方式。  
在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，  
取而代之的是  在改变时new新的数据从而不影响原有的数据 。  
iterator完成后再将头指针替换为新的数据 。  
这样iterator线程可以使用原来老的数据。  
而写线程也可以并发的完成改变。  
  
  
 ConcurrentHashMap基于concurrentLevel划分出了多个Segment来对key-value进行存储，从而避免每次锁定整个数组，在默认的情况下，允许16个线程并发无阻塞的操作集合对象，尽可能地减少并发时的阻塞现象。在多线程的环境中，相对于HashMap，ConcurrentHashMap会带来很大的性能提升！  
synchronized关键字加锁的原理，其实是对对象加锁，不论你是在方法前加synchronized还是语句块前加，锁住的都是对象整体， 但是ConcurrentHashMap的同步机制和这个不同，它不是加synchronized关键字，而是基于lock操作的，这样的目的是保证同步 的时候，锁住的不是整个对象。事实上，ConcurrentHashMap可以满足concurrentLevel个线程并发无阻塞的操作集合对象。  
  
  
可参考：http://zhan.renren.com/helloworld0011?gid=3602888498033828438&from=post&checked=true