java容器之Map

最新推荐文章于 2022-09-05 16:59:49 发布

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本文深入探讨了Java中的Map容器，包括HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap、TreeMap和LinkedHashMap的特点及应用场景。特别关注了HashMap和ConcurrentHashMap的实现原理。

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java容器(二):Map

Collection 和 Map是java容器里面的俩大中流砥柱，在我的上一篇博客中，已经介绍过了Collection，那么今天我们再来聊聊Map里的好东西。

No picture you say a JB！啥也不先说，先上张图瞧瞧（度娘的）
在这里插入图片描述
这张图感觉好像有点问题，LinkedHashMap应该是HashMap的子类。。。，再就是少了一个我们今天要讲的ConcurrentHashMap

一. HashMap ：

一个我们平常使用最最频繁的Map容器，它的查询速度是最快的，HashMap 根据键的 hashCode 值存储数据，大多数情况下可以直接定位到它的值，因而具有很快的访问速度，但遍历顺序却是不确定的。 HashMap 最多只允许一条记录的键为 null，允许多条记录的值为 null。HashMap 非线程安全，即任一时刻可以有多个线程同时写 HashMap，可能会导致数据的不一致。如果需要满足线程安全，可以用 Collections 的 synchronizedMap 方法使HashMap 具有线程安全的能力，或者使用 ConcurrentHashMap。
HashMap的实现原理在面试中经常被问到，我的第一次电话面试也是被问到了，当时我是一点都没答上来，尴尬得一匹。。。，HashMap在jdk1.7和jdk1.8中实现原理都不一样，这边我们也来介绍一下
- jdk1.7中，基于数组和链表实现，如下图所示：
- 大方向上，HashMap 里面是一个数组，然后数组中每个元素是一个单向链表。上图中，每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的实例，Entry 包含四个属性：key, value, hash 值和用于单向链表的 next。
  1.capacity：当前数组容量，初始值16，始终保持 2^n（可以思考一下这里为什么是2的n次幂），可以扩容，扩容后数组大小为当前的 2 倍。
  2.loadFactor：负载因子，默认为 0.75。
  3.threshold：扩容的阈值，等于 capacity * loadFactor
jdk1.8中加入了红黑树，当链表的长度超过8以后，改用红黑树，因为链表遍历的时间是o(n),而红黑树是o(logn),结构如下图：
- 这里其实关于HashMap讲得还太少，比如说如何根据在散列表中找到对应的key值、为啥数容量保持2^n次幂。。。主要是我个人自己也还不是太懂，讲得比较粗糙，有兴趣的建议大家看看《Java编程思想》关于集合的知识，或者还可以自己看看HashMap的源码

二、Hashtable

Hashtable 是遗留类，已经过时了的，很多映射的常用功能与 HashMap 类似，不同的是它承自 Dictionary 类，并且是线程安全的，任一时间只有一个线程能写 Hashtable，但是并发性不如 ConcurrentHashMap，因为 ConcurrentHashMap 引入了分段锁。Hashtable 不建议在新代码中使用，不需要线程安全的场合可以用 HashMap 替换，需要线程安全的场合可以用 ConcurrentHashMap 替换。

三、ConcurrentHashMap

Concurrent意思是同时发生的、并发的，顾名思义它是为了解决HashMap的线程不安全问题，实现原理和HashMap大致相似，但是由于是可以并发的，所以在一些方面实现比较复杂。
整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成，Segment 代表”部分“或”一段“的意思，所以很多地方都会将其描述为分段锁。也有些博文喜欢用“槽”来代表一个segment。简单理解就是，ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组，Segment 通过继承ReentrantLock 来进行加锁，所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。
上图是concurrentHashMap的一个结构图，基于jdk1.7的，暂未引入红黑树。concurrencyLevel：并行级别、并发数、Segment 数，怎么翻译不重要，理解它。默认是 16，也就是说 ConcurrentHashMap 有 16 个 Segments，所以理论上，这个时候，最多可以同时支持 16 个线程并发写，只要它们的操作分别分布在不同的 Segment 上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以扩容的。再具体到每个 Segment 内部，其实每个 Segment 很像之前介绍的 HashMap，不过它要保证线程安全，所以处理起来要麻烦些。

四、TreeMap
TreeMap 实现 SortedMap 接口，能够把它保存的记录根据键排序，默认是按键值的升序排序，也可以指定排序的比较器，当用 Iterator 遍历 TreeMap 时，得到的记录是排过序的。如果使用排序的映射，建议使用 TreeMap。
在使用 TreeMap 时，key 必须实现 Comparable 接口或者在构造 TreeMap 传入自定义的Comparator，否则会在运行时抛出 java.lang.ClassCastException 类型的异常。

五、LinkedHashMap
LinkedHashMap 是 HashMap 的一个子类，保存了记录的插入顺序，在用 Iterator 遍历LinkedHashMap 时，先得到的记录肯定是先插入的，也可以在构造时带参数，按照访问次序排序。由于在添加key-value时还要额外维护链表操作，性能上比HashMap要差（HashMap是最强的，速度最快，没有别的额外需求，首先使用它）