Ein tiefer Eintauchen in Javas Hashmap und Concurrenthashmap

HashMap ist nicht mit Thread-Safe und sollte nur in Einzel-Threaden-Umgebungen oder mit externer Synchronisation verwendet werden, während die Concurrenthashmap mit Gewinde sicher ist und für den gleichzeitigen Zugriff ausgelegt ist. 2. HashMap ermöglicht Nullschlüssel und -Werte, während Concurrenthashmap NullPointerexception auswirft, wenn NULL verwendet wird. 3.. 4. Innen stützt sich Hashmap auf die Array-L-Liste/Baumstruktur ohne Verriegelung, während die Concurrenthashmap für die Synchronisation und CAS-Operationen auf Thread-Sicherheit feinkörnigem Bucket-Level-Niveau verwendet. 5. Concurrenthashmap bietet aufgrund seiner lockfreien Lesevorgänge und Atom-Update-Methoden wie ComputeIFabSent eine bessere Skalierbarkeit in Multi-Thread-Szenarien. 6. HashMap für eine Single-Thread-Leistung und Nullunterstützung verwenden; Verwenden Sie die Concurrenthashmap für Thread-Safe, Anträge mit hoher Konsequenz wie Caches oder Shared State Management.

Javas HashMap und ConcurrentHashMap sind zwei der am häufigsten verwendeten Kartenimplementierungen in Java -Anwendungen. Während sie ähnliche Zwecke dienen, die Schlüsselwertpaare ausführen, unterscheiden sich ihre internen Arbeiten, Leistungsmerkmale und Gewindesicherheit signifikant. Das Verständnis dieser Unterschiede ist bei der Erstellung skalierbarer und zuverlässiger Anwendungen von entscheidender Bedeutung.

Lassen Sie uns einen tiefen Eintauchen in beide eintauchen, beginnend mit HashMap , dann zu ConcurrentHashMap und dem Vergleich schließlich in Schlüsselbereichen.

1. Hashmap: Einfachheit und Geschwindigkeit (aber nicht fadensicher)

HashMap ist Teil des Java -Sammlungs -Frameworks und bietet eine grundlegende Implementierung von Hash -Tabellen. Es ermöglicht null und -werte und bietet durchschnittliche O (1) -Time -Komplexität für get and put -Operationen unter idealen Bedingungen.

Wie es intern funktioniert

• Array verlinkte Liste/Baumstruktur :
  HashMap verwendet ein Array von Node (oder Entry ) Objekten. Jeder Knoten enthält ein Schlüsselwertpaar, einen Hash und einen Verweis auf den nächsten Knoten (für die Kollisionsbehandlung).

• Hashing :
  Der hashCode() des Schlüssels wird verwendet, um einen Index im internen Array zu berechnen. Wenn zwei Schlüssel den gleichen Hash (Kollision) haben, werden sie mit einer verknüpften Liste im selben Eimer gespeichert.

  

• Kollisionsbehandlung :
  Wenn ein Eimer über einen Schwellenwert hinauswächst (Standard 8) und die Tabelle ausreichend groß ist, wird die verknüpfte Liste in einen ausgewogenen Baum (rot-schwarzer Baum) umgewandelt, um die Suchzeit von O (n) auf O (log n) zu verkürzen.

• Größenänderung :
  Wenn die Anzahl der Einträge den Lastfaktor (Standard 0,75) × Kapazität überschreitet, wird die Karte geändert, wodurch das Eimer -Array doppelt und alle Einträge aufgeweckt wird. Dies ist teuer und kann Pausen verursachen.

Schlüsselbeschränkungen

• Nicht thread-sicher : Gleichzeitige Modifikationen können zu Rassenbedingungen führen.
• Fehlschnelle Iteratoren : Wenn die Karte während der Iteration strukturell modifiziert ist (außer über Iterator.remove() ), wird eine ConcurrentModificationException ausgeworfen.
• Schlechte Leistung unter hoher Aussage : Mehrere Threads, die ohne externe Synchronisation auf sie zugreifen, können die interne Struktur beschädigen (z. B. unendliche Schleifen während der Größenänderung in älteren Versionen).

⚠️ Verwenden Sie niemals HashMap in einer Umgebung mit mehreren Threaden ohne Synchronisation.

2. Concurrenthashmap: thread-sicher und skalierbar

In Java 5 eingeführt und in Java 8 erheblich verbessert, ist ConcurrentHashMap für den gleichzeitigen Zugang ausgelegt. Es bietet Thread -Sicherheit, ohne die gesamte Karte zu sperren, die mehreren Lesern und gleichzeitigen Updates ermöglicht.

Evolution über Java -Versionen hinweg

• Java 7 : Gebrauchte segmentierte Verriegelung - Die Karte wurde in Segmente unterteilt, jeweils ein eigenes Schloss. Dies erlaubte gleichzeitige Schreibvorgänge in verschiedenen Segmenten.
• Java 8 : Ersetzte Segmente durch feinkörnige Verriegelung mit synchronized Blöcken für einzelne Eimer und CAS (Compare-and-Swap) -Operationen. Dies verbesserte die Skalierbarkeit und verringerte Konkurrenz.

Wie es die Parallelität erreicht

• Lockstreifen (vor Java 8) : Mehrere Schlösser schützen verschiedene Teile der Karte.
• Synchronisation auf Knotenebene (Java 8) : Jeder Eimer kann während der Schreibvorgänge unabhängig gesperrt werden.
• CAS -Operationen : Wird für Atomaktualisierungen verwendet (z. B. Einfügen des ersten Knotens in einen Eimer).
• Baumbehälter : Wie HashMap können Eimer unter hoher Kollision zu Bäumen werden.

Thread-sichere Operationen

• Alle Vorgänge ( get , put , remove , compute usw.) sind mit Gewinde sicher.
• Keine externe Synchronisation erforderlich.
• Iteratoren werfen nicht ConcurrentModificationException aus - sie spiegeln den Zustand der Karte irgendwann zu einem bestimmten Zeitpunkt wider (schwach konsistent).

Nützliche gleichzeitige Methoden

Java 8 fügte Methoden im funktionalen Stil hinzu, die unter Gleichzeitverkehr sicher sind:

• computeIfAbsent(key, mappingFunction)
• merge(key, value, remappingFunction)
• forEach(BiConsumer)

Diese sind besonders nützlich für das Zwischenspeichern von Szenarien:

 Cache.comPuteifabSent ("Key", k -> expensiveComputation ());

3..

4. Wann zu verwenden?

✅ Verwenden Sie HashMap , wenn:

• Sie befinden sich in einem einzigen Thread-Kontext.
• Sie müssen null oder Werte speichern.
• Sie bauen eine lokale, kurzlebige Karte, die nicht über Threads geteilt wird.
• Leistung ist kritisch und Parallelität ist kein Problem.

✅ Verwenden Sie ConcurrentHashMap wenn:

• Mehrere Themen lesen und schreiben gleichzeitig.
• Sie benötigen einen hohen Durchsatz ohne externe Synchronisation.
• Sie implementieren Caches, Registrien oder Shared State.
• Sie möchten atomare Operationen wie computeIfAbsent verwenden.

? Tu das nicht:

 synchronisiert (Karte) {
    if (! map.containesKey (key)) {
        map.put (Schlüssel, Wert);
    }
}

Dies ist fehleranfällig und ineffizient. Verwenden Sie stattdessen:

 ConcurrentMap.putiFabSent (Schlüssel, Wert);

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Letzte Gedanken

• HashMap ist einfach, schnell und perfekt für die nicht kontrollierende Verwendung.
• ConcurrentHashMap ist die Auswahl für Thread-Safe-Karten und bietet eine hohe Parallelität und Sicherheit, ohne zu viel Leistung zu beeinträchtigen.
• Die interne Neugestaltung in Java 8 machte ConcurrentHashMap noch effizienter, indem Segmentschlösser und Umarmung von CAS und feinkörnigem Synchronisation gestrichen wurden.

Wenn Sie diese Karten auf einer tieferen Ebene verstehen, können Sie bessere Designentscheidungen treffen-insbesondere beim Aufbau leistungsstarker Java-Anwendungen.

Wenn Sie eine Karte über Threads teilen, verwenden Sie im Grunde genommen einfach ConcurrentHashMap . Es ist keine Magie, aber es ist nah.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonEin tiefer Eintauchen in Javas Hashmap und Concurrenthashmap. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!