Java7/8 中的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 了解初步

本文详细介绍了Java中HashMap和ConcurrentHashMap的数据结构及工作原理。从Java7到Java8,探讨了HashMap如何从数组+链表演进到数组+链表+红黑树,以及ConcurrentHashMap如何通过分段锁机制实现并发操作的安全性。

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Java7 HashMap

HashMap 是最简单的,一来我们非常熟悉,二来就是它不支持并发操作
首先,我们用下面这张图来介绍 HashMap 的结构。

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。
capacity:当前数组容量,始终保持 2^n,可以扩容,扩容后数组大小为当前的 2 倍。
loadFactor:负载因子,默认为 0.75。
threshold:扩容的阈值,等于 capacity * loadFactor

Java7 ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的,但是因为它支持并发操作,所以要复杂一些。
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。注意,行文中,我很多地方用了“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。

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。

Java8 HashMap

Java8 对 HashMap 进行了一些修改,最大的不同就是利用了红黑树,所以其由 数组+链表+红黑树 组成。

根据 Java7 HashMap 的介绍,我们知道,查找的时候,根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的,时间复杂度取决于链表的长度,为 O(n)。

为了降低这部分的开销,在 Java8 中,当链表中的元素超过了 8 个以后,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度为 O(logN)。

来一张图简单示意一下吧:

Java7 中使用 Entry 来代表每个 HashMap 中的数据节点,Java8 中使用 Node,基本没有区别,都是 key,value,hash 和 next 这四个属性,不过,Node 只能用于链表的情况,红黑树的情况需要使用 TreeNode。

Java8 ConcurrentHashMap

Java7 中实现的 ConcurrentHashMap 还是比较复杂的,Java8 对 ConcurrentHashMap 进行了比较大的改动。建议读者可以参考 Java8 中 HashMap 相对于 Java7 HashMap 的改动,对于 ConcurrentHashMap,Java8 也引入了红黑树。

结构上和 Java8 的 HashMap 基本上一样,不过它要保证线程安全性,所以在源码上确实要复杂一些。


转载自 http://www.importnew.com/28263.html

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