八股打卡(四)

HashMap的put方法(回顾复习)

1. 判断键值对数组是否为空或null，如果是则进行resize()扩容；
2. 根据key计算哈希值得到table中对应的索引i。如果table[i]为null，说明数组的该位置没有值，新建一个节点插入，若超出容量则扩容；如果table[i]不为null，说明该位置油值，发生了哈希冲突；
3. 判断数组该位置的首个元素的hashCode和equals是否与key相同。若相同，那么就覆盖对应的value；若不相同，那么需要在链表或者红黑树上查找；
4. 判断table[i]是否为TreeNode。若是，则它是红黑树，插入键值对；若不是，则为链表；
5. 先遍历链表的长度，若长度大于等于8，则转化为红黑树，插入键值对；若长度小于8，则在链表中插入。在遍历链表的过程中若找到key，则直接覆盖其value；
6. 超出容量则扩容。

HashMap的扩容机制

JDK1.8之前

1. 生成新数组；
2. 遍历老数组每个位置的链表每个元素；
3. 获取每个元素的key，基于新数组的长度，计算出元素在新数组中的下标位置；
4. 将元素添加到新数组；
5. 元素转移完毕，将新数组赋值给HashMap的table属性。

JDK1.8之后

1. 生成新数组；
2. 遍历老数组中的链表和红黑树；
3. 如果是链表，计算出元素在新数组中的下标直接插入；
4. 如果是红黑树，计算出元素在新数组中的下标，统计每个下标的元素个数，大于等于8那么生成新的红黑树，将根节点放在新数组对应位置；小于8则生成新的链表，将头节点放在新数组的对应位置
5. 元素转移完毕，将新数组赋值给HashMap的table属性。

HashMap的线程安全性

HashMap是线程不安全的。
原因有：

1. 并发修改：当多个线程对一个HashMap进行并发读写操作，读取的数据可能不一致，造成并发修改异常。
2. 非原子性：HashMap的操作是非原子性的，例如检查某些键是否存在或者根据键获取值等，多线程环境下可能产生竞态条件。

如何实现线程安全：

1. 使用Collections.synchronizedMap方法可以创建一个线程安全的HashMap；
2. 使用ConcurrentHashMap：专门为多线程环境设计的，使用分段锁的机制，能够是得多个线程并发进行读操作，提高并发性能。
3. 在自定义的HashMap中使用显示的锁（如ReentrantLock）。

ConcurrentHashMap的线程安全性

1. JDK1.7中HashMap使用数组和链表，常用Segment和ReentrantLock；
2. JDK1.8中HashMap使用数组链表红黑树，通过CAS操作和synchronized保证线程安全。

HashSet vs. HashMap

1. 使用
   HashMap用于存储键值对，每个键唯一，每个键对应一个值；
   HashSet用于存储唯一的元素，不可重复。
2. 内部结构
   HashMap通过键值对存储数据，由哈希表来实现；
   HashSet基于HashMap实现的，但是它只使用键的部分，将值设置为一个常量。
3. 元素类型
   HashMap存储键值对，通过键可以获取值；
   Hash Set存储单个元素，只能通过元素本身进行操作。
4. 是否允许null
   HashMap允许键和值为null；
   HashSet只允许一个null元素。
5. 迭代方式
   两者都是通过迭代器或增强型for循环遍历。
6. 关联关系
   HashMap的键值对一一对应；
   HashSet没有对应关系。
7. 性能
   HashMap收到键的哈希分布和哈希冲突的影响；
   HashSet也受到元素的哈希分布和哈希冲突的影响，但是它只涉及键的部分，所以性能比HashMap稍好。

HashMap vs. HashTable

1. 同步
   HashTable是同步的，通过在每个方法上加synchronized关键字保证多线程环境的安全;
   HashMap是不同步的，多线程环境下不能保证安全性。
2. 性能
   在单线程环境中，HashTable的性能要差于HashMap，因为它存在同步开销。
3. 是否允许null
   HashTable的key 和value都不允许为null;
   HashMap的key和value都可以为null。
4. 继承方式
   HashTable是Dictionary类的子类;
   HashMap是AbstractMap类的子类，实现了Map接口。
5. 迭代器
   HashTable的迭代器是通过Enumerator实现的；
   HashMap的迭代器是通过Iterator实现的。
6. 初始容量和负载因子
   HashTable的初始容量和负载因子是固定的；
   HashMap的这两者可以通过构造方法来设定。

HashMap vs. ConcurrentHashMap

1. 线程安全性
   HashMap是线程不安全的；
   ConcurrentHashMap是线程安全的，通过分段锁的机制，将数据结构或分为不同的段，每个段都有自己的锁，允许多个线程同时对不同的段进行并发访问。
2. 同步机制
   HashMap没有明确的同步机制，可以通过外部同步，如Collections.synchronizedMap建立同步HashMap；
   ConcurrentHashMap采用一种更细粒度的锁提高并发性能。
3. 迭代
   HashMap在迭代时被其他线程修改可能会抛出并发修改异常；
   ConcurrentHashMap在迭代时允许其他线程并发插入删除，不会抛出异常，但是不保证迭代器的顺序，因为不同线程可以会以不同顺序进行操作。
4. 初始化容量和负载因子
   HashMap通过构造方法设定初始容量和负载因子；
   ConcurrentHashMap通过构造方法设定初始容量和负载因子以及并发级别。
5. 性能
   低并发下，HashMap的性能可能比ConcurrentHashMap要好，因为后者存在并发控制开销；
   高并发下，ConcurrentHashMap更好。

Java创建线程的方式

1. 通过继承Thread类
   创建一个继承Thread类的子类，重写其中的run方法。
2. 实现Runnable接口
   创建一个实现Runnable接口的类，重写其中的run方法，将其实例化作为参数传递给Thread对象。
3. 实现Callable接口
   创建一个实现Callable接口的类，重写其中的call方法，该方法能够返回结果和抛出异常。使用ExecutorService管理线程池，通过Callable任务获取Future对象，以便在未来某个时刻能够获取Callable任务的计算结果。
4. 使用线程池
   通过Executor建立线程池，并通过线程池管理线程的创建与复用。

线程run和start的区别

1. run方法是线程的执行体，里面包含线程执行代码。调用run方法会在当前线程的上下文中执行，不会创建新的线程。
2. start方法用于启动一个新的线程。调用run方法系统会分配资源给新线程，使其处于就绪状态，当调度器选择该线程时执行run中的代码。

Java中的锁

公平锁/非公平锁

公平锁：按照申请锁的顺序来获取锁。
非公平锁：不按照顺序，可插队。
例如ReentrantLock和synchronized都是非公平锁。

可重入锁

一个线程在外部方法获取了锁，进入内部方法会自动获取锁。
例如ReenTrantLock和synchronized都是可重入锁。

共享锁/独占锁

共享锁：可以被多个线程持有。
独占锁：只能被一个线程持有。
例如: ReentrantLock和synchronized都是独占锁，ReadWriteLock中Read是共享锁，Write是独占锁。

乐观锁/悲观锁

乐观锁：对同一数据的并发操作不会执行，更新数据时采用尝试更新方式。
悲观锁：对同一数据的并发操作一定执行，加锁。
悲观锁用于写操作多的场景，乐观锁用于读操作多的场景。
悲观锁是加锁编程，乐观锁是无锁编程，常采用CAS操作通过自旋方式实现原子更新。

分段锁

ConcurrentHashMap所采用。

偏向锁/轻量级锁/重量级锁

当一段同步代码被一个线程一直访问，那么该线程获得了偏向锁；此时其他线程访问该段代码，通过自旋方式尝试获取锁，不会阻塞，锁升级成为轻量级锁；当自旋达到一定次数还没获得锁，那么锁升级为重量级锁，将所有试图访问的线程阻塞。

自旋锁

获得自旋锁的线程不会阻塞，它循环去获取锁，好处是减少线程上下文切换，坏处循环消耗cpu。