HashMap、HashTable异同
1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的。
2、HashMap的键和值都允许有null值存在，而HashTable则不行。
3、因为线程安全的问题，HashMap效率比HashTable的要高。
一、HashMap的内部存储结构
Java中数据存储方式最底层的两种结构，一种是数组，另一种就是链表，数组的特点：连续空间，寻址迅速，但是在删除或者添加元素的时候需要有较大幅度的移动，所以查询速度快，增删较慢。而链表正好相反，由于空间不连续，寻址困难，增删元素只需修改指针，所以查询慢、增删快。有没有一种数据结构来综合一下数组和链表，以便发挥他们各自的优势？答案是肯定的！就是：哈希表。哈希表具有较快（常量级）的查询速度，及相对较快的增删速度，所以很适合在海量数据的环境中使用。一般实现哈希表的方法采用“拉链法”，我们可以理解为“链表的数组”，如下图：
从上图中，我们可以发现哈希表是由数组+链表组成的，一个长度为16的数组中，每个元素存储的是一个链表的头结点。那么这些元素是按照什么样的规则存储到数组中呢。一般情况是通过hash(key)%len获得，也就是元素的key的哈希值对数组长度取模得到。比如上述哈希表中，12%16=12,28%16=12,108%16=12,140%16=12。所以12、28、108以及140都存储在数组下标为12的位置。它的内部其实是用一个Entity数组来实现的，属性有key、value、next。接下来我会从初始化阶段详细的讲解HashMap的内部结构。
1、初始化
首先来看三个常量：
static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; 初始容量：16
static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 最大容量：2的30次方：1073741824
static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 装载因子，后面再说它的作用
来看个无参构造方法，也是我们最常用的：
public HashMap() {
this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR;
threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY * DEFAULT_LOAD_FACTOR);
table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
init();
} loadFactor、threshold的值在此处没有起到作用，不过他们在后面的扩容方面会用到，此处只需理解table=new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY].说明，默认就是开辟16个大小的空间。另外一个重要的构造方法：
public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
if (initialCapacity < 0)
throw new IllegalArgumentException("Illegal initial capacity: " +
initialCapacity);
if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
throw new IllegalArgumentException("Illegal load factor: " +
loadFactor);
// Find a power of 2 >= initialCapacity
int capacity = 1;
while (capacity < initialCapacity)
capacity <<= 1;
this.loadFactor = loadFactor;
threshold = (int)(capacity * loadFactor);
table = new Entry[capacity];
init();
} 就是说传入参数的构造方法，实际的开辟的空间要大于传入的第一个参数的值。举个例子：
new HashMap(7,0.8),loadFactor为0.8，capacity为7，通过上述代码后，capacity的值为：8，最后通过new Entry[capacity]来创建大小为capacity的数组，所以，这种方法最终取决于capacity的大小。
2、put(Object key,Object value)操作
当调用put操作时，首先判断key是否为null，如下代码1处：
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
} modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
} 如果 key是null ，则调用如下代码：
private V putForNullKey(V value) {
for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(0, null, value, 0);
return null;
}
如果没有找到key为null的元素，则调用如上述代码的addEntry(0, null, value, 0);增加一个新的entry，代码如下：
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry(hash, key, value, e);
if (size++ >= threshold)
resize(2 * table.length);
} 先获取第一个元素table[bucketIndex],传给e对象，新建一个entry，key为null，value为传入的value值，next为获取的e对象。如果容量大于threshold，容量扩大2倍。
如果 key不为null ，这也是大多数的情况，重新看一下源码：
public V put(K key, V value) {
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key.hashCode());//---------------2---------------
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {//--------------3-----------
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}//-------------------4------------------
modCount++;//----------------5----------
addEntry(hash, key, value, i);-------------6-----------
return null;
}
Entry类里面有一个next属性，作用是指向下一个Entry。如， 第一个键值对A进来，通过计算其key的hash得到的i=0，记做:Entry[0] = A。一会后又进来一个键值对B，通过计算其i也等于0，现在怎么办？HashMap会这样做:B.next = A,Entry[0] = B,如果又进来C,i也等于0,那么C.next = B,Entry[0] = C；这样我们发现i=0的地方其实存取了A,B,C三个键值对,他们通过next这个属性链接在一起,也就是说数组中存储的是最后插入的元素。
到这里为止，HashMap的大致实现，我们应该已经清楚了。当然HashMap里面也包含一些优化方面的实现，这里也说一下。比如：Entry[]的长度一定后，随着map里面数据的越来越长，这样同一个i的链就会很长，会不会影响性能？HashMap里面设置一个因素（也称为因子），随着map的size越来越大，Entry[]会以一定的规则加长长度。
2、get(Object key)操作get(Object key)操作时根据键来获取值，如果了解了put操作，get操作容易理解，先来看看源码的实现：
public V get(Object key) {
if (key == null)
return getForNullKey();
int hash = hash(key.hashCode());
for (Entry e = table[indexFor(hash, table.length)];
e != null;
e = e.next) {
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k)))//-------------------1----------------
return e.value;
}
return null;
} 意思就是：1、当key为null时，调用getForNullKey()，源码如下：
private V getForNullKey() {
for (Entry e = table[0]; e != null; e = e.next) {
if (e.key == null)
return e.value;
}
return null;
}
二、HashTable的内部存储结构
HashTable和HashMap采用相同的存储机制，二者的实现基本一致，不同的是：
1、HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的，内部的方法基本都是synchronized。
2、HashTable不允许有null值的存在。
在HashTable中调用put方法时，如果key为null，直接抛出NullPointerException。其它细微的差别还有，比如初始化Entry数组的大小等等，但基本思想和HashMap一样。
三、HashTable和ConcurrentHashMap的比较
如我开篇所说一样，ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap的实现。同样是线程安全的类，它与HashTable在同步方面有什么不同呢？
之前我们说，synchronized关键字加锁的原理，其实是对对象加锁，不论你是在方法前加synchronized还是语句块前加，锁住的都是对象整体，但是ConcurrentHashMap的同步机制和这个不同，它不是加synchronized关键字，而是基于lock操作的，这样的目的是保证同步的时候，锁住的不是整个对象。事实上，ConcurrentHashMap可以满足concurrentLevel个线程并发无阻塞的操作集合对象。
1、构造方法
为了容易理解，我们先从构造函数说起。ConcurrentHashMap是基于一个叫Segment数组的，其实和Entry类似，如下：
public ConcurrentHashMap()
{
this(16, 0.75F, 16);
}
public ConcurrentHashMap(int paramInt1, float paramFloat, int paramInt2)
{
if ((paramFloat <= 0F) || (paramInt1 < 0) || (paramInt2 <= 0))
throw new IllegalArgumentException();
if (paramInt2 > 65536) {
paramInt2 = 65536;
}
int i = 0;
int j = 1;
while (j < paramInt2) {
++i;
j <<= 1;
}
this.segmentShift = (32 - i);
this.segmentMask = (j - 1);
this.segments = Segment.newArray(j);
if (paramInt1 > 1073741824)
paramInt1 = 1073741824;
int k = paramInt1 / j;
if (k * j < paramInt1)
++k;
int l = 1;
while (l < k)
l <<= 1;
for (int i1 = 0; i1 < this.segments.length; ++i1)
this.segments[i1] = new Segment(l, paramFloat);
}
j就是我们最终要开辟的数组的size值，当paramInt1为16时，计算出来的size值就是16.通过：
this.segments = Segment.newArray(j)后，我们看出了，最终稿创建的Segment数组的大小为16.最终创建Segment对象时：
- this.segments[i1] = new Segment(cap, paramFloat);
- int k = paramInt1 / j;
- if (k * j < paramInt1)
- ++k;
- int cap = 1;
- while (cap < k)
- cap <<= 1;
2、put操作
public V put(K paramK, V paramV)
{
if (paramV == null)
throw new NullPointerException();
int i = hash(paramK.hashCode());
return segmentFor(i).put(paramK, i, paramV, false);
}
- final Segment
- {
- return this.segments[(paramInt >>> this.segmentShift & this.segmentMask)];
- }
根据上述代码找到Segment对象后，调用put来操作：
V put(K paramK, int paramInt, V paramV, boolean paramBoolean)
{
lock();
try {
Object localObject1;
Object localObject2;
int i = this.count;
if (i++ > this.threshold)
rehash();
ConcurrentHashMap.HashEntry[] arrayOfHashEntry = this.table;
int j = paramInt & arrayOfHashEntry.length - 1;
ConcurrentHashMap.HashEntry localHashEntry1 = arrayOfHashEntry[j];
ConcurrentHashMap.HashEntry localHashEntry2 = localHashEntry1;
while ((localHashEntry2 != null) && (((localHashEntry2.hash != paramInt) || (!(paramK.equals(localHashEntry2.key)))))) {
localHashEntry2 = localHashEntry2.next;
}
if (localHashEntry2 != null) {
localObject1 = localHashEntry2.value;
if (!(paramBoolean))
localHashEntry2.value = paramV;
}
else {
localObject1 = null;
this.modCount += 1;
arrayOfHashEntry[j] = new ConcurrentHashMap.HashEntry(paramK, paramInt, localHashEntry1, paramV);
this.count = i;
}
return localObject1;
} finally {
unlock();
}
}
先调用lock()，lock是ReentrantLock类的一个方法，用当前存储的个数+1来和threshold比较，如果大于threshold，则进行rehash，将当前的容量扩大2倍，重新进行hash。之后对hash的值和数组大小-1进行按位于操作后，得到当前的key需要放入的位置，从这儿开始，和HashMap一样。
从上述的分析看出，ConcurrentHashMap基于concurrentLevel划分出了多个Segment来对key-value进行存储，从而避免每次锁定整个数组，在默认的情况下，允许16个线程并发无阻塞的操作集合对象，尽可能地减少并发时的阻塞现象。
在多线程的环境中，相对于HashTable，ConcurrentHashMap会带来很大的性能提升！