HashMap,HashTabel,ConcurrentHashMap

HashMap的初始化

int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16:默认的初始容量为16 
int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30:最大的容量为 2 ^ 30 
float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f:默认的加载因子为 0.75f 
Entry< K,V>[] table:Entry类型的数组,HashMap用这个来维护内部的数据结构,它的长度由容量决定 
int size:HashMap的大小 
int threshold:HashMap的极限容量,扩容临界点(容量和加载因子的乘积)

每次新建一个HashMap时,都会初始化一个table数组。table数组的元素为Entry节点

image.png

HashMap如何解决冲突

背景

散列表要解决的一个问题就是散列值的冲突问题,通常是两种方法:链表法和开放地址法。

链表法就是将相同hash值的对象组织成一个链表放在hash值对应的槽位;
开放地址法是通过一个探测算法,当某个槽位已经被占据的情况下继续查找下一个可以使用的槽位

HashMap里面没有出现hash冲突时,没有形成单链表时,hashmap查找元素很快,get()方法能够直接定位到元素,但是出现单链表后,单个bucket 里存储的不是一个 Entry,而是一个 Entry 链,系统只能必须按顺序遍历每个 Entry,直到找到想搜索的 Entry 为止——如果恰好要搜索的 Entry 位于该 Entry 链的最末端(该 Entry 是最早放入该 bucket 中),那系统必须循环到最后才能找到该元素.
创建 HashMap 时,有一个默认的负载因子(load factor),其默认值为 0.75,这是时间和空间成本上一种折衷:增大负载因子可以减少 Hash 表(就是那个 Entry 数组)所占用的内存空间,但会增加查询数据的时间开销,而查询是最频繁的的操作(HashMap 的 get() 与 put() 方法都要用到查询);减小负载因子会提高数据查询的性能,但会增加 Hash 表所占用的内存空间

线程不安全的HashMap

因为多线程环境下,使用Hashmap进行put操作会引起死循环,导致CPU利用率接近100%,所以在并发情况下不能使用HashMap

final HashMap<String, String> map = new HashMap<String, String>(2);
Thread t = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
         for (int i = 0; i < 10000; i++) {
              new Thread(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            map.put(UUID.randomUUID().toString(), "");
                        }
                    }, "ftf" + i).start();
                }
            }
      }, "ftf");
t.start();
t.join();

效率低下的HashTable容器

HashTable容器使用synchronized来保证线程安全,但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法时,其他线程访问HashTable的同步方法时,可能会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行添加元素,线程2不但不能使用put方法添加元素,并且也不能使用get方法来获取元素,所以竞争越激烈效率越低。

ConcurrentHashMap的锁分段技术

HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因,是因为所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁,那假如容器里有多把锁,每一把锁用于锁容器其中一部分数据,那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时,线程间就不会存在锁竞争,从而可以有效的提高并发访问效率,这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术,首先将数据分成一段一段的存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候,其他段的数据也能被其他线程访问。

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