HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap详细区别

📚 目录

• 1. 全方位对比表格
  • 1.1 线程安全与锁机制
  • 1.2 null‑value规则
  • 1.3 默认容量、扩容、底层数据结构
• 2. 底层细节区分
  • 2.1 HashTable为什么现在不推荐使用?
  • 2.2 ConcurrentHashMap相较于HashTable优势
• 3. 面试高频问答题库

前言：
本篇文章专注剖析 HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap 的底层差异、版本迭代细节、并发坑点以及面试考点，适合用来复盘Java并发集合知识。

1. 全方位对比表格

1.1 线程安全与锁机制

容器	线程安全性	上锁原理
HashMap	非线程安全	没有添加任何锁；多线程并发编程中写入会产生数据覆盖、环形链表等问题
HashTable	线程安全	所有读和写的方法添加了synchronized，锁住整张哈希表对象，全局独占锁，并发的性能较差
ConcurrentHashMap	线程安全	采用桶头结点锁+CAS的方式；仅锁住当前正在操作的数组桶，其余桶可以多线程同时读写

1.2 null‑value规则

1. HashMap: 允许使用1个null来作为主键,可以存放多个null值
2. HashTable: K,V两个值都禁止使用null值,否则编译器会抛出NullPointerException异常

例如:

3. ConcurrentHashMap: 同样K,V值不支持使用null,否则抛出NullPointerException异常

1.3 默认容量、扩容、底层数据结构

1. HashMap

• 初始容量为16,
• 负载因子0.75,
• 扩容方式采用2倍扩容
• 当满足条件时,链表会转化成红黑树
  

2. HashTable

• 初始容量:11
• 负载因子:0.75
• 扩容规则:newCapacity = oldCapacity * 2 + 1
• 不会转化成红黑树
  

3. ConcurrentHashMap

• 初始容量:16
• 负载因子:0.75
• JDK8中依旧只有数组和链表的形式,不会转化成红黑树JDK8以后,ConcurrentHashMap具备转化成红黑树的能力;
  

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2. 底层细节区分

2.1 HashTable为什么现在不推荐使用?

上诉谈到:HashTable是线程安全的,但是在实际开发中并不怎么使用HashTable,理由如下:
假设:我们两个以及以上的线程需要修改很多次HashTable中的数据;

当很多个线程在没有锁的情况下去修改同一个数据的时候,会触发线程安全问题;
此时很多个线程同时操作当前哈希表中相同一个链表的数据,由于有锁此时不会发生线程安全问题;
但是此时如果很多条线程操作不同链表中的数据,此时这把锁还需要上吗?
我们知道,就算此时就算不加锁,也不会触发线程安全问题,如果链表中有很多数据,另外两条线程拿不到锁就会一直处于阻塞状态,不会执行,就会减少执行的效率

2.2 ConcurrentHashMap相较于HashTable优势

相较于:HashTable,ConcurrentHashMap大幅度提升了执行效率:

1. JDK7：Segment分段锁
   ConcurrentHashMap采用了给哈希表的每一个节点进行上锁,每一把锁对应不同的链表
   当不同线程去访问不同链表时,不会进行阻塞,访问同一条链表时,就会进行阻塞等待;
2. JDK8：彻底废弃Segment
   改用Node桶节点锁和CAS自旋。当准备修改桶内数据，仅锁住链表头部节点。(CAS自旋,compare and swap,比较并交换,CAS也属于解决线程安全的一种手段,此处不具体讲解CAS);
   好处：锁粒度细化到每一个哈希桶，并发吞吐量大幅度提升。

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3. 面试高频问答题库

1. HashMap 在多线程环境为什么不安全？

JDK7头插法扩容容易产生环形链表，然后就会触发死循环；多个线程同时执行put操作时，会发生value值覆盖丢失。 JDK8改成尾插解决环形链表，但依旧存在并发写入覆盖问题。

2. ConcurrentHashMap 相较于 HashTable 的性能优势？

HashTable 锁住是整张哈希数组；ConcurrentHashMap 只锁定当前操作的桶结点，其余位置可以并发读写，冲突概率很低，高并发场景性能远超 HashTable。

3. 为什么 ConcurrentHashMap 的 value 不能等于 null？

并发读取的时候，get (key) 返回 null，你没办法区分是该 key 不存在，还是 key 对应的存储值就是 null。单线程可以二次调用 containsKey 判断，并发情况下两次调用之间数据随时会被别的线程改动，判断失效。

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