HashTable, HashMap, ConcurrentHashMap 之间的区别?(经典面试题)

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目录

前言

1. HashMap

2. HashTable

3. HashMap 和 Hashtable 的区别:

1. 实现方式不同

2. 初始化容量不同

3. 扩容机制不同

4. 迭代器不同

4. ConcurrentHashMap和HashTable的区别

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前言

如果大家学过数据结构,想必对 HashMap 都不陌生, HashMap 的实现很简单嘛, 数组加链表嘛, 然后继续问你 HashTable 和 HashMap 的区别是什么, 我们会说一个线程安全, 然后一个线程不安全啊, HashTable 是不允许存在 NULL 值的,  但是 HashMap 中的 key 和 value 都允许为 null , 并且 key 为 null 的键值对永远放在以 table[0] 为头节点的链表中. 我们知道 HashMap 是线程不安全的,只适用于单线程下, 而在多线程环境下就是采用 concurrent 并发包下的 ConcurrentHashMap .

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为啥 Hashtable 是不允许 KEY 和 VALUE 为 null, 而 HashMap 则可以呢？

因为 Hashtable 在我们 put 空值的时候会直接抛空指针异常, 但是 HashMap 却做了特殊处理.

static final int hash(Object key) {
    int h;
    return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
}

而为啥 Hashtable 是不允许键或值为 null 的，但是 HashMap 的键值又都可以为 null 呢?

这是因为 Hashtable 使用的是 安全失败机制(fail-safe). 这种机制会使你此次读到的数据不一定是最新的数据. 如果你使用null值, 就会使得其无法判断对应的 key 是不存在还是为空, 因为你无法再调用一次 contain(key) 来对 key 是否存在进行判断, ConcurrentHashMap 同理。

1. HashMap

HashMap 是在 JDK1.2 引入Map的实现类.

HashMap是基于哈希表实现的, 每一个元素是一个 key-value 键值对, 其内部通过单链表解决冲突问题, 容量不足 (超过了阀值) 时, 同样会自动增长。

开始在JDK1.7的时候 底层数据结构是 数组+链表

在 JDK1.8 的时候, 底层数据结构是 数组+链表+红黑树 (看过源码的同学应该知道JDK1.8中即使用了单向链表， 也使用了双向链表， 双向链表主要是为了链表操作方便， 应该在插入， 扩容， 链表转红黑树， 红黑树转链表的过程中都要操作链表).

其次, HashMap 是非线程安全的, 只适用于单线程环境下, 多线程环境下可以采用 concurrent 并发包下的 concurrentHashMap.

HashMap 中 key 和 value 都允许为null . key 为 null 的键值对永远都放在以 table[0] 为头结点的链表中.

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2. HashTable

Hashtable同样也是基于哈希表实现的，同样每个元素是一个 key-value 键值对，其内部也是通过单链表解决冲突问题，容量不足 (超过了阀值) 时，同样会自动增长.

Hashtable也是JDK1.0引入的类，是线程安全的，能用于多线程环境中.

Hashtable同样实现了Serializable接口，它支持序列化，实现了Cloneable接口，能被克隆.

也就是说，这两个东西大部分时相同的.

Hashtable 与 HashMap的不同
首先，从上面可以得出，线程安全是不同的.

HashTable只是在关键方法上加了synchronized，相当于针对HashTable本身加锁.

Hashtable 适合在多线程的情况下使用, 但是效率不高.

原因是: Hashtable 在对数据操作的时候都会上锁, 所以效率比较低

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3. HashMap 和 Hashtable 的区别:

1. 实现方式不同

Hashtable 继承了 Dictionary类，而 HashMap 继承的是 AbstractMap 类.

2. 初始化容量不同

HashMap 的初始容量是 16, Hashtable 初始容量是 11,  两者的负载因子默认都是 0.75.

3. 扩容机制不同

当现有容量大于总容量 * 负载因子时，HashMap 扩容规则为当前容量翻倍，Hashtable 扩容规则为当前容量翻倍 + 1.

4. 迭代器不同

HashMap 中的 Iterator 迭代器是 fail-fast 的，而 Hashtable 的 Enumerator 不是 fail-fast 的.

快速失败（fail—fast）是java集合中的一种机制， 在用迭代器遍历一个集合对象时，如果遍历过程中对集合对象的内容进行了修改（增加、删除、修改），则会抛出Concurrent Modification Exception.        

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4. ConcurrentHashMap和HashTable的区别

HashTable

HashTable 的键值不能为null

HashTable 虽然线程安全，但只是简单得用 synchronized 给所有方法加锁，相当于是对this加锁，也就是对整个HashTable对象进行加锁（非常无脑）

    一个HashTable对象只有一把锁，如果两个线程访问同一个对象时，就会发生锁冲突

HashTable效率非常低，因为无脑加锁原因，比如一些读操作不存在线程不安全问题，所以这样的加锁方式导致效率非常低

比如 某个线程触发了扩容机制，那就会由这个线程完成整个扩容过程，如果元素特别多的情况下，效率非常低，其他线程阻塞等待的时间会特别长

HashTable 使用的数据结构是 数组 + 链表

因为HashTable无脑加锁的原因，现在Java官方已经不推荐使用HashTable了

不涉及线程安全问题时使用HashMap，如果要保证线程安全就使用ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 的键值不可以为null

ConcurrentHashMap 使用的数据结构是 数组 + 链表 + 红黑树

ConcurrentHashMap 最重要的点要说 线程安全

     ConcurrentHashMap 相比比较于HashTable 有很多的优化，

最核心的思路就是：降低锁冲突的概率

（1）锁粒度的控制

ConcurrentHashMap 不是锁整个对象，而是使用多把锁，对每个哈希桶（链表）都进行加锁，只有当两个线程同时访问同一个哈希桶时，才会产生锁冲突，这样也就降低了锁冲突的概率，性能也就提高了

（2）ConcurrentHashMap 只给写操作加锁，读操作没加锁

如果两个线程同时修改，才会有锁冲突

如果两个线程同时读，就不会有锁冲突

如果一个线程读，一个线程写，也是不会有锁冲突的

（这个操作也是可能会锁冲突的，因为有可能，读的结果是一个修改了一半的数据

不过ConcurrentHashMap在设计时，就考虑到这一点，就能够保证读出来的一定时一个“完整的数据”，要么是旧版本数据，要么是新版本数据，不会是读到改了一半的数据；而且读操作中也使用到了volatile保证读到的数据是最新的）

（3）充分利用到了CAS的特性

 比如更新元素个数，都是通过CAS来实现的，而不是加锁

（4）ConcurrentHashMap 对于扩容操作，进行了特殊优化

HashTable的扩容是这样：当put元素的时候，发现当前的负载因子已经超过阀值了，就触发扩容。

扩容操作时这样：申请一个更大的数组，然后把这之前旧的数据给搬运到新的数组上

但这样的操作会存在这样的问题：如果元素个数特别多，那么搬运的操作就会开销很大

执行一个put操作，正常一个put会瞬间完成O(1)

但是触发扩容的这一下put，可能就会卡很久（正常情况下服务器都没问题，但也有极小概率会发生请求超时（put卡了，导致请求超时），虽然是极小概率，但是在大量数据下，就不是小问题了）

ConcurrentHashMap 在扩容时，就不再是直接一次性完成搬运了

而是搬运一点，具体是这样的

扩容过程中，旧的和新的会同时存在一段时间，每次进行哈希表的操作，都会把旧的内存上的元素搬运一部分到新的空间上，直到最终搬运完成，就释放旧的空间

在这个过程中如果要查询元素，旧的和新的一起查询；如果要插入元素，直接在新的上插入

；如果是要删除元素，那就直接删就可以了