深入了解Java的哈希圖和Concurrenthashmap

Hashmap不是線程安全的，僅應在單線程環境或外部同步中使用，而ConsurrentHashMap是線程安全的，並且設計用於並發訪問。 2。哈希圖允許null鍵和值，而如果使用null，則conurenthashmap會拋出NullPoInterException。 3。哈希圖使用失敗的迭代器，在迭代過程中對結構修飾進行consturrentModification Exception，但ConturrentHashMap提供了弱一致的迭代器，這些迭代器不會引發此例外。 4。在內部，哈希圖依賴於數組鏈接的列表/樹結構而沒有鎖定，而ConcurrentHashmap則使用細顆粒的存儲桶級同步和CAS操作進行線程安全。 5。 ConcurrentHashMap在多線程方案中提供了更好的可擴展性，這是由於其無鎖的讀取操作和諸如Computeifabsent之類的原子更新方法。 6。使用hashmap進行單線程性能和空支持；使用ConcurRentHashMap用於線程安全，高電匯應用程序，例如緩存或共享狀態管理。

Java的HashMap和ConcurrentHashMap是Java應用程序中使用最廣泛的MAP實現。儘管它們具有相似的目的（存儲鑰匙值對，但它們的內部工作，性能特徵和線程安全差異很大。在構建可擴展和可靠的應用程序時，了解這些差異至關重要。

讓我們深入研究兩者，從HashMap開始，然後轉到ConcurrentHashMap ，最後在關鍵領域進行比較。

1。哈希圖：簡單性和速度（但不是線程安全）

HashMap是Java Collections框架的一部分，並提供了基本的哈希表實現。它允許null鍵和值，並為在理想條件下get和put操作提供平均O（1）時間複雜性。

它如何在內部運作

• 數組鏈接列表/樹結構：
  HashMap使用Node （或Entry ）對象的數組。每個節點都有一個鍵值對，哈希和對下一個節點的引用（用於碰撞處理）。

• 哈希：
  鍵的hashCode()用於計算內部數組中的索引。如果兩個鍵具有相同的哈希（碰撞），則使用鏈接列表將它們存儲在同一存儲桶中。

  

• 碰撞處理：
  當一個水桶生長到閾值之上（默認8）並且表格足夠大時，鏈接列表將轉換為平衡的樹（紅色黑樹），以將查找時間從O（N）減少到O（log n）。

• 調整大小：
  當條目數量超過負載因子（默認為0.75）×容量時，地圖大小，將存儲桶陣列增加一倍並重新調整所有條目。這很昂貴，可能會導致停頓。

關鍵限制

• 不是線程安全：並發修改會導致比賽條件。
• 失敗迭代器：如果在迭代期間對映射進行了結構修改（除了通過Iterator.remove() ），則拋出了ConcurrentModificationException 。
• 在高爭議下的性能差：多個線程在沒有外部同步的情況下訪問它會破壞內部結構（例如，在調整較舊版本的大小期間，無限循環）。

⚠️在多線程環境中切勿在沒有同步的情況下使用HashMap 。

2。 concurrenthashmap：線程安全和可擴展

在Java 5中引入，並在Java 8中顯著改進， ConcurrentHashMap旨在並發訪問。它提供了線程安全性，而無需鎖定整個地圖，該地圖允許多個讀取器和並發更新。

跨Java版本的演變

• Java 7 ：使用的分段鎖定- 地圖分為段，每個片段都有自己的鎖定。這允許並發在不同的細分市場中寫入。
• Java 8 ：使用單個存儲桶和CAS（比較與S-wap）操作的synchronized塊用細粒度鎖定替換片段。這種提高了可伸縮性和降低的爭議。

它如何實現並發

• 鎖條（Java Pre-Java 8） ：多個鎖保護地圖的不同部分。
• 節點級同步（Java 8） ：在寫操作過程中，每個存儲桶都可以獨立鎖定。
• CAS操作：用於原子更新（例如，在存儲桶中插入第一個節點）。
• 樹垃圾箱：就像HashMap一樣，水桶可以在高碰撞下變成樹。

線程安全操作

• 所有操作（ get ， put ， remove ， compute等）均為線程安全。
• 無需外部同步。
• 迭代器不會拋出ConcurrentModificationException ，它們在某個時間點（弱一致）反映了地圖的狀態。

有用的並發方法

Java 8添加了在並發下安全的功能風格的方法：

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

這些在緩存方案中特別有用：

 cache.computeifabsent（“ key”，k-> expensiveCompont（））;

3。哈希圖vs concurrenthashmap：關鍵差異

4。什麼時候使用？

✅使用HashMap時：

• 您處於單線程上下文。
• 您需要存儲null鍵或值。
• 您正在構建一張本地短壽命的地圖，而不是跨線程共享。
• 績效至關重要，並發並不關心。

✅使用ConcurrentHashMap時：

• 多個線程同時讀寫。
• 您需要高吞吐量而無需外部同步。
• 您正在實施緩存，註冊表或共享狀態。
• 您想使用computeIfAbsent等原子操作。

？不要這樣做：

同步（地圖）{
    如果（！map.containskey（key））{
        map.put（鍵，值）;
    }
}

這容易出錯，效率低下。而是使用：

 concurrentMap.putifabsent（鍵，value）;

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最後的想法

• HashMap簡單，快速且非常適合非交通使用。
• ConcurrentHashMap是線程安全地圖的首選選擇，在不犧牲太多性能的情況下提供了高的並發和安全性。
• Java 8中的內部重新設計通過消除片段鎖並包含CAS和細粒度同步，從而提高了ConcurrentHashMap施加武器。

在更深層次的層面上了解這些地圖有助於您做出更好的設計決策，尤其是在構建高性能，並發的Java應用程序時。

基本上，如果您要跨線程共享地圖，只需使用ConcurrentHashMap即可。這不是魔術，但很接近。

以上是深入了解Java的哈希圖和Concurrenthashmap的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！