HashMap,HashTabel,ConcurrentHashMap

HashMap的初始化

int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16：默认的初始容量为16 
int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30：最大的容量为 2 ^ 30 
float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f：默认的加载因子为 0.75f 
Entry< K,V>[] table：Entry类型的数组，HashMap用这个来维护内部的数据结构，它的长度由容量决定 
int size：HashMap的大小 
int threshold：HashMap的极限容量，扩容临界点（容量和加载因子的乘积）

每次新建一个HashMap时，都会初始化一个table数组。table数组的元素为Entry节点

image.png

HashMap如何解决冲突

背景

散列表要解决的一个问题就是散列值的冲突问题，通常是两种方法：链表法和开放地址法。

链表法就是将相同hash值的对象组织成一个链表放在hash值对应的槽位；
开放地址法是通过一个探测算法，当某个槽位已经被占据的情况下继续查找下一个可以使用的槽位

HashMap里面没有出现hash冲突时，没有形成单链表时，hashmap查找元素很快,get()方法能够直接定位到元素，但是出现单链表后，单个bucket 里存储的不是一个 Entry，而是一个 Entry 链，系统只能必须按顺序遍历每个 Entry，直到找到想搜索的 Entry 为止——如果恰好要搜索的 Entry 位于该 Entry 链的最末端（该 Entry 是最早放入该 bucket 中），那系统必须循环到最后才能找到该元素.
创建 HashMap 时，有一个默认的负载因子（load factor），其默认值为 0.75，这是时间和空间成本上一种折衷：增大负载因子可以减少 Hash 表（就是那个 Entry 数组）所占用的内存空间，但会增加查询数据的时间开销，而查询是最频繁的的操作（HashMap 的 get() 与 put() 方法都要用到查询）；减小负载因子会提高数据查询的性能，但会增加 Hash 表所占用的内存空间

线程不安全的HashMap

因为多线程环境下，使用Hashmap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，所以在并发情况下不能使用HashMap

final HashMap map = new HashMap(2);
Thread t = new Thread(new Runnable() {
      @Override
      public void run() {
         for (int i = 0; i < 10000; i++) {
              new Thread(new Runnable() {
                        @Override
                        public void run() {
                            map.put(UUID.randomUUID().toString(), "");
                        }
                    }, "ftf" + i).start();
                }
            }
      }, "ftf");
t.start();
t.join();

效率低下的HashTable容器

HashTable容器使用synchronized来保证线程安全，但在线程竞争激烈的情况下HashTable的效率非常低下。因为当一个线程访问HashTable的同步方法时，其他线程访问HashTable的同步方法时，可能会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。

ConcurrentHashMap的锁分段技术

HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因，是因为所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁，那假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先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。