Hashtable、HashMap、ConcurrentHashMap常见问题总结+源码解析（Java 8）

最新推荐文章于 2024-04-21 17:22:29 发布

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本文深入探讨了Java 8中HashMap、Hashtable和ConcurrentHashMap的区别与原理，包括HashMap为什么总是使用2的幂进行扩容、默认负载因子0.75的原因、为什么HashMap能存储null值而Hashtable不行、Hashtable如何保证线程安全、快速失败与安全失败机制的解释，以及ConcurrentHashMap的分段锁实现。

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为什么HashMap扩容时总是使用2的幂的大小？

Hash值是int型，因此范围是-2147483648~2147483647，范围很大，如果我们每次都采用这么大的内存来存放是不可取的。因此我们很快想到：我们可以利用数组的长度，在计算元素存放在数组什么位置的对数组的长度进行取模运算（%），得到的余数作为存放位置。这样可以利用数组长度大小的内存，并且求余运算可以保证元素尽可能分布均匀。
那么我们看看HashMap是如何实现的：（以下代码是JDK1.7的计算数组位置函数）

static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
}

上面的代码我们发现使用了hash值和数组长度-1相与。长度-1？如果数组的长度都是2的幂，那么数组长度的二进制表示形式永远会是1+n个0，例如16（1 0000），当我们将长度-1，那么永远会得到一个值为0+n个1，例如16-1（0 1111）。那么为什么要这样做呢？

我们随便取一个数值进行举例，如果是长度为16，当前hash值为12，那么就是 01100（12）& 01111（15）= 01100（12）。如果hash值为4，那么就是00100（4）& 01111（15）= 00100（4）。至此我们很容易发现，当数组长度是2的幂时，hash & (length -1) 与 hash % length 的结果是一样的！ 而使用与运算，由于是直接使用二进制运算，所以会比取模运算要快很多。

HashMap默认负载因子 0.75

负载因子的作用：用于在HashMap中计算扩容的阀值=容量×负载因子，即当达到扩容的阀值时，就会进行扩容。
通过HashMap构造函数，我们可以看到HashMap默认的负载因子是0.75.

    public HashMap(int var1) {
        this(var1, 0.75F);
    }

    public HashMap() {
        this.loadFactor = 0.75F;
    }

这个值我们可以自己设定。HashMap选择0.75也是权衡效率和空间的选择，因为如果数值太小，那么元素很少，发生哈希冲突的概率就小了很多，同一哈希值下链表的个数就少了，效率自然就高了，但是这样会造成空间的浪费。如果数值过大，空间利用率高，但是发生哈希冲突的概率变大了，可能一个桶下的链表很长，这样查询的时候效率就会很低。