對比 HashMap 和 HashTable 和 ConcurrentHashMap (超級乾貨)

HashTable

底層數組+鏈表實現,無論key還是value都不能為null,線程安全,實現線程安全的方式是在修改數據時鎖住整個HashTable,效率低,ConcurrentHashMap做了相關優化

初始size為11,擴容:newsize = olesize*2+1

計算index的方法:index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length

對比 HashMap 和 HashTable 和 ConcurrentHashMap (超級乾貨)

HashMap

底層數組+鏈表實現,可以存儲null鍵和null值,線程不安全

初始size為16,擴容:newsize = oldsize*2 , size一定為2的n次冪

擴容針對整個Map,每次擴容時,原來數組中的元素依次重新計算存放位置,並重新插入

插入元素後才判斷該不該擴容,有可能無效擴容(插入後如果擴容,如果沒有再次插入,就會產生無效擴容)

當Map中元素總數超過Entry數組的75%,觸發擴容操作,為了減少鏈表長度,元素分配更均勻

計算index方法:index = hash & (tab.length – 1)

對比 HashMap 和 HashTable 和 ConcurrentHashMap (超級乾貨)

HashMap的初始值還要考慮加載因子:

哈希衝突:

若干Key的哈希值按數組大小取模後,如果落在同一個數組下標上,將組成一條Entry鏈,對Key的查找需要遍歷Entry鏈上的每個元素執行equals()比較。

加載因子:

為了降低哈希衝突的概率,默認當HashMap中的鍵值對達到數組大小的75%時,即會觸發擴容。因此,如果預估容量是100,即需要設定100/0.75=134的數組大小。

空間換時間:

如果希望加快Key查找的時間,還可以進一步降低加載因子,加大初始大小,以降低哈希衝突的概率。

HashMap和Hashtable都是用hash算法來決定其元素的存儲,因此HashMap和Hashtable的hash表包含如下屬性:

容量(capacity):hash表中桶的數量

初始化容量(initial capacity):創建hash表時桶的數量,HashMap允許在構造器中指定初始化容量

尺寸(size):當前hash表中記錄的數量

負載因子(load factor):負載因子等於“size/capacity”。負載因子為0,表示空的hash表,0.5表示半滿的散列表,依此類推。輕負載的散列表具有衝突少、適宜插入與查詢的特點(但是使用Iterator迭代元素時比較慢)

除此之外,hash表裡還有一個“負載極限”,“負載極限”是一個0~1的數值,“負載極限”決定了hash表的最大填滿程度。當hash表中的負載因子達到指定的“負載極限”時,hash表會自動成倍地增加容量(桶的數量),並將原有的對象重新分配,放入新的桶內,這稱為rehashing。

HashMap和Hashtable的構造器允許指定一個負載極限,HashMap和Hashtable默認的“負載極限”為0.75,這表明當該hash表的3/4已經被填滿時,hash表會發生rehashing。

“負載極限”的默認值(0.75)是時間和空間成本上的一種折中:

較高的“負載極限”可以降低hash表所佔用的內存空間,但會增加查詢數據的時間開銷,而查詢是最頻繁的操作(HashMap的get()與put()方法都要用到查詢)

較低的“負載極限”會提高查詢數據的性能,但會增加hash表所佔用的內存開銷

程序猿可以根據實際情況來調整“負載極限”值。

ConcurrentHashMap

底層採用分段的數組+鏈表實現,線程安全

通過把整個Map分為N個Segment,可以提供相同的線程安全,但是效率提升N倍,默認提升16倍。(讀操作不加鎖,由於HashEntry的value變量是 volatile的,也能保證讀取到最新的值。)

Hashtable的synchronized是針對整張Hash表的,即每次鎖住整張表讓線程獨佔,ConcurrentHashMap允許多個修改操作併發進行,其關鍵在於使用了鎖分離技術

有些方法需要跨段,比如size()和containsValue(),它們可能需要鎖定整個表而而不僅僅是某個段,這需要按順序鎖定所有段,操作完畢後,又按順序釋放所有段的鎖

擴容:段內擴容(段內元素超過該段對應Entry數組長度的75%觸發擴容,不會對整個Map進行擴容),插入前檢測需不需要擴容,有效避免無效擴容

Hashtable和HashMap都實現了Map接口,但是Hashtable的實現是基於Dictionary抽象類的。

Java5提供了ConcurrentHashMap,它是HashTable的替代,比HashTable的擴展性更好。

HashMap基於哈希思想,實現對數據的讀寫。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時,它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode,然後找到bucket位置來存儲值對象。當獲取對象時,通過鍵對象的equals()方法找到正確的鍵值對,然後返回值對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題,當發生碰撞時,對象將會儲存在鏈表的下一個節點中。HashMap在每個鏈表節點中儲存鍵值對對象。當兩個不同的鍵對象的hashcode相同時,它們會儲存在同一個bucket位置的鏈表中,可通過鍵對象的equals()方法來找到鍵值對。

如果鏈表大小超過閾值(TREEIFY_THRESHOLD,8),鏈表就會被改造為樹形結構。

在HashMap中,null可以作為鍵,這樣的鍵只有一個,但可以有一個或多個鍵所對應的值為null。當get()方法返回null值時,即可以表示HashMap中沒有該key,也可以表示該key所對應的value為null。因此,在HashMap中不能由get()方法來判斷HashMap中是否存在某個key,應該用containsKey()方法來判斷。而在Hashtable中,無論是key還是value都不能為null。

Hashtable是線程安全的,它的方法是同步的,可以直接用在多線程環境中。而HashMap則不是線程安全的,在多線程環境中,需要手動實現同步機制。

Hashtable與HashMap另一個區別是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器,而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以當有其它線程改變了HashMap的結構(增加或者移除元素),將會拋出ConcurrentModificationException,但迭代器本身的remove()方法移除元素則不會拋出ConcurrentModificationException異常。但這並不是一個一定發生的行為,要看JVM。

fail-fast機制可以進主頁觀看。

ConcurrentHashMap是使用了鎖分段技術來保證線程安全的。

鎖分段技術:首先將數據分成一段一段的存儲,然後給每一段數據配一把鎖,當一個線程佔用鎖訪問其中一個段數據的時候,其他段的數據也能被其他線程訪問。

ConcurrentHashMap提供了與Hashtable和SynchronizedMap不同的鎖機制。Hashtable中採用的鎖機制是一次鎖住整個hash表,從而在同一時刻只能由一個線程對其進行操作;而ConcurrentHashMap中則是一次鎖住一個桶

ConcurrentHashMap默認將hash表分為16個桶,諸如get、put、remove等常用操作只鎖住當前需要用到的桶。這樣,原來只能一個線程進入,現在卻能同時有16個寫線程執行,併發性能的提升是顯而易見的。

對比 HashMap 和 HashTable 和 ConcurrentHashMap (超級乾貨)


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