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HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap的实现原理及区别

时间:2019-03-03 18:52:00      阅读:234      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:死循环   ash   函数   点的hash   一段   hash冲突   zed   表头   tran   

一.哈希表

哈希表就是一种以 键-值(key-indexed) 存储数据的结构,我们只要输入待查找的值即key,即可查找到其对应的值。

链式哈希表从根本上说是由一组链表构成。每个链表都可以看做是一个“桶”,我们将所有的元素通过散列的方式放到具体的不同的桶中。插入元素时,首先将其键传入一个哈希函数(该过程称为哈希键),函数通过散列的方式告知元素属于哪个“桶”,然后在相应的链表头插入元素。查找或删除元素时,用同们的方式先找到元素的“桶”,然后遍历相应的链表,直到发现我们想要的元素。因为每个“桶”都是一个链表,所以链式哈希表并不限制包含元素的个数。然而,如果表变得太大,它的性能将会降低。

HashMap就是通过链式哈希表实现。

链式哈希表的其他应用场景,比如我们熟知的缓存技术(比如redis、memcached)

二.HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap的区别

HashMap是线程不安全的,在多线程环境下,使用Hashmap进行put操作会引起死循环,因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构(扩容时 ,造成next往回指),查找时会陷入死循环。,所以在并发情况下不能使用HashMap。

HashTable和HashMap的实现原理几乎一样,差别无非两点

1.HashTable不允许key和value为null

2.HashTable是线程安全的

但是HashTable线程安全的策略实现代价却太大了,简单粗暴,get/put所有相关操作都是synchronized的,这相当于给整个哈希表加了一把大锁。

多线程访问时候,只要有一个线程访问或操作该对象,那其他线程只能阻塞,相当于将所有的操作串行化,在竞争激烈的并发场景中性能就会非常差。

主要就是为了应对hashmap在并发环境下不安全而诞生的,ConcurrentHashMap避免了对全局加锁改成了局部加锁操作,极大地提高了并发环境下的操作速度,但是ConcurrentHashMap在JDK1.7和1.8中的实现非常不同。

在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了数组+Segment分段锁的方式实现。

ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment,它即类似于HashMap的结构,即内部拥有一个Entry数组,数组中的每个元素又是一个链表,ConcurrentHashMap使用分段锁技术,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,能够实现真正的并发访问。

优劣:

这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长,ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作。第一次Hash定位到Segment,第二次Hash定位到元素所在的链表的头部。

写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可,不会影响到其他的Segment,这样,在最理想的情况下,ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作(刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上),并发能力可以大大的提高。

JDK1.8版本的ConcurrentHashMap采用了数组+链表+红黑树的实现方式来设计,内部大量采用CAS和synchronized操作。

CAS是compare and swap的缩写,即我们所说的比较交换。cas是一种基于乐观锁的操作,CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。如果内存地址里面的值和A的值是一样的,那么就将内存里面的值更新成B。如果a线程获取地址里面的值被b线程修改了,那么a线程需要自旋,到下次循环才有可能机会执行。

CAS是compare and swap的缩写,即我们所说的比较交换。cas是一种基于锁的操作,而且是乐观锁。在java中锁分为乐观锁和悲观锁。悲观锁是将资源锁住,等一个之前获得锁的线程释放锁之后,下一个线程才可以访问。而乐观锁采取了一种宽泛的态度,通过某种方式不加锁来处理资源,比如通过给记录加version来获取数据,性能较悲观锁有很大的提高。

1.数据结构:取消了Segment分段锁的数据结构,取而代之的是数组+链表+红黑树的结构。
2.保证线程安全机制:JDK1.7采用segment的分段锁机制实现线程安全,其中segment继承自ReentrantLock。JDK1.8采用CAS+Synchronized保证线程安全。
3.锁的粒度:原来是对需要进行数据操作的Segment加锁,现调整为对每个数组元素加锁(Node)。
4.链表转化为红黑树:定位结点的hash算法简化会带来弊端,Hash冲突加剧,因此在链表节点数量大于8时,会将链表转化为红黑树进行存储。
5.查询时间复杂度:从原来的遍历链表O(n),变成遍历红黑树O(logN)。

HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap的实现原理及区别

标签:死循环   ash   函数   点的hash   一段   hash冲突   zed   表头   tran   

原文地址:https://www.cnblogs.com/one-apple-pie/p/10466755.html

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