JDK8中HashMap和Hashtable的区别

HashMap线程安全的原因Hashtable在一些方法中加入了synchronized关键字来实现线程安全区别:

  1. Hashtable允许同步(synchronized),是 线程安全 的,而HashMap不是线程安全的,因为非同步(unsynchronized)的对象比同步的对象性能表现更好,当不需要考虑线程安全问题时,用Hashtable效率更高
  2. HashMap允许有 一个key值为null ,并且允许 (任意多的)values值为null 而Hashtable不允许key为null,也不允许values为null

JDK8源码理解: node节点的数量默认为 16 (= 1 << 4)

static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 1 << 4;
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当hash 值相同的 key 数量小于等于指定值(默认是8),HashMap使用开链法(数组+链表)解决冲突:

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;
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JDK8中HashMap和Hashtable的区别

PS:代码较长可以不看,看后面的总结容易理解

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {
        /**
     * The table, initialized on first use, and resized as
     * necessary. When allocated, length is always a power of two.
     * (We also tolerate length zero in some operations to allow
     * bootstrapping mechanics that are currently not needed.)
     */
    transient Node<K,V>[] table;
    static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        V value;
        Node<K,V> next;

        Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }

        public final K getKey()        { return key; }
        public final V getValue()      { return value; }
        public final String toString() { return key + "=" + value; }

        public final int hashCode() {
            return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
        }

        public final V setValue(V newValue) {
            V oldValue = value;
            value = newValue;
            return oldValue;
        }

        public final boolean equals(Object o) {
            if (o == this)
                return true;
            if (o instanceof Map.Entry) {
                Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
                if (Objects.equals(key, e.getKey()) &&
                    Objects.equals(value, e.getValue()))
                    return true;
            }
            return false;
        }
    }
复制代码

在JDK8中,当hash 值相同的 key 数量大于指定值(默认是8)时使用平衡二叉树来代替链表。 (目的是发生冲突时将get()方法的性能从O(n)提高到O(logn),下面的代码不包含二叉树部分)

HashMap线程不安全的原因

HashMap 在并发执行 put 操作时会引起死循环,导致 CPU 利用率接近100%。因为多线程会导致 HashMap 的 Node 链表形成环形数据结构,一旦形成环形数据结构,Node 的 next 节点永远不为空,就会在获取 Node 时产生死循环 ——《Java并发编程的艺术》

上面造成死循环是对于JDK7来说的,具体死循环的原因: 看这里 ,其实也不复杂,就是可能产生一个节点数为2的循环链表。

那在JDK8中,多线程会对HashMap造成什么影响呢?

JDK8中HashMap和Hashtable的区别

JDK8源码:

public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
    
        /**
     * Implements Map.put and related methods.
     *
     * @param hash hash for key
     * @param key the key
     * @param value the value to put
     * @param onlyIfAbsent if true, don't change existing value
     * @param evict if false, the table is in creation mode.
     * @return previous value, or null if none
     */
    final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
         //  下面的(n-1)&hash相当于hash % n,注意这只有在n为2的幂时才可以这样做,位运算效率更高   
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

    public final int hashCode() {
        return Objects.hashCode(key) ^ Objects.hashCode(value);
    }
复制代码

当key不存在时需要增加一个节点: 对应这种情况:

//  下面的(n-1)&hash相当于hash % n,注意这只有在n为2的幂时才可以这样做,位运算效率更高   
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
复制代码
JDK8中HashMap和Hashtable的区别
// Create a regular (non-tree) node
    Node<K,V> newNode(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
        return new Node<>(hash, key, value, next);
    }
复制代码
Node(int hash, K key, V value, Node<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
复制代码

之后,在 putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent, boolean evict) 方法的最后几行,会增加size:

if (++size > threshold)
            resize();
复制代码

相比于JDK7, JDK8在扩容后不需要再对原来的节点进行rehash,而是把原来一个槽 i 的链表分到两个槽里面去: ii+oldCap

比如对于有16个槽的HashMap,元素1,17,33开始都在槽i=1中,扩容后,1和33继续待在槽i=1,而17去了槽i=1+16(即0001变成00001和10001的问题),在下面的代码中也验证了这一点:

如果(e.hash & oldCap) == 0为真,则不用改变位置,比如上面的1和33
(1 & 16) == 0以及(33 & 16) == 0都为真
而(17 & 16) == 0则为假,它要去槽1+16的位置
复制代码

所以在JDK8中,多线程会对HashMap造成什么影响呢?

还是拿上面的例子,按照下面JDK8源代码的流程(对代码不熟悉的话可以先往下看代码): 假设现在有2个线程在执行resize()方法,假设线程1执行到 next = e.next; 时被中断( next = e.next 已经执行完),这时线程二执行和线程1一样的resize():

(线程2)

JDK8中HashMap和Hashtable的区别

线程2执行完后:

JDK8中HashMap和Hashtable的区别

此时线程1恢复运行,注意到此时的next是指向17的,而e是指向1的,当执行到
while ((e = next) != null); 时,e被赋值为17的引用(即指向17),继续循环,
do {next = e.next...}while(...);

,而这时17的next是null,不是最开始预想的33,然后e = next之后,e为null,跳出循环所以经线程1处理之后结果为:

JDK8中HashMap和Hashtable的区别

33被丢掉了,所以在JDK8中可能会
造成原来数据节点的丢失 ,因此HashMap不能用于多线程(本来设置HashMap的目的就是用于
单线程

// 将原来的map拷贝进扩容后的map
                if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            // 保持原来的位置
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            // 原来的位置+oldCap
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        //保持原来的位置
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        // 原来的位置+oldCap
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }        
                    }
                                    
复制代码

resize方法部分代码:

......
        Node<K,V>[] oldTab = table;
        int oldCap = (oldTab == null) ? 0 : oldTab.length;
        int oldThr = threshold;
        int newCap, newThr = 0;
        ......
        if ((newCap = oldCap << 1) < MAXIMUM_CAPACITY &&
                     oldCap >= DEFAULT_INITIAL_CAPACITY)
                newThr = oldThr << 1; // double threshold
        }
        threshold = newThr;
        Node<K,V>[] newTab = (Node<K,V>[])new Node[newCap];
        table = newTab;
        ......
        // 将原来的map拷贝进扩容后的map
                if (oldTab != null) {
            for (int j = 0; j < oldCap; ++j) {
                Node<K,V> e;
                if ((e = oldTab[j]) != null) {
                    oldTab[j] = null;
                    if (e.next == null)
                        newTab[e.hash & (newCap - 1)] = e;
                    else { // preserve order
                        Node<K,V> loHead = null, loTail = null;
                        Node<K,V> hiHead = null, hiTail = null;
                        Node<K,V> next;
                        do {
                            next = e.next;
                            // 保持原来的位置
                            if ((e.hash & oldCap) == 0) {
                                if (loTail == null)
                                    loHead = e;
                                else
                                    loTail.next = e;
                                loTail = e;
                            }
                            // 原来的位置+oldCap
                            else {
                                if (hiTail == null)
                                    hiHead = e;
                                else
                                    hiTail.next = e;
                                hiTail = e;
                            }
                        } while ((e = next) != null);
                        //保持原来的位置
                        if (loTail != null) {
                            loTail.next = null;
                            newTab[j] = loHead;
                        }
                        // 原来的位置+oldCap
                        if (hiTail != null) {
                            hiTail.next = null;
                            newTab[j + oldCap] = hiHead;
                        }
                    }        
                    }
复制代码

Hashtable在一些方法中加入了synchronized关键字来实现线程安全

比如:

public synchronized boolean containsKey(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
复制代码
public synchronized V get(Object key) {
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
            if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
                return (V)e.value;
            }
        }
        return null;
    }
复制代码
public synchronized V put(K key, V value) {
        // Make sure the value is not null
        if (value == null) {
            throw new NullPointerException();
        }

        // Makes sure the key is not already in the hashtable.
        Entry<?,?> tab[] = table;
        int hash = key.hashCode();
        int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
        @SuppressWarnings("unchecked")
        Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
        for(; entry != null ; entry = entry.next) {
            if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
                V old = entry.value;
                entry.value = value;
                return old;
            }
        }

        addEntry(hash, key, value, index);
        return null;
    }
复制代码

但是众所周知,加入synchronized后,所有线程会竞争一把,导致程序的运行效率降低。

为了兼顾效率和多线程,我们可以使用ConcurrentHashMap

另外synchronizedMap类也可以实现多线程安全,但是效率不如ConcurrentHashMap.

(synchronizedMap也是使用关键字synchronized,但是它不像Hashtable那样,用synchronized括住整个方法,它是在方法体里面使用synchronized锁住代码块) 详细参考: 这里

原文 

https://juejin.im/post/5e9b1c3ee51d4546de47e6df

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