【Java数据结构】Hashmap、Hashtable、ConcurrentHashMap源码阅读笔记

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我把Android重难点和读书笔记都整理在github上：https://github.com/miomin/AndroidDifficulty

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引言：这几天在捣鼓Hashmap跟Hashtable的源码，其中关注的 比较多的就是他两计算在Entry[]数组中index的方法到底有什么区别。

Hashmap跟Hashtable的实现原理比较类似，借用一张其他地方偷来的图。



可以看到，都是采用外拉链的方式来实现元素存储，底层是数组+链表实现，原理都不说了，学过数据结构中hash冲突解决的同学应该都能理解。

实现的关键在于如何通过key来计算对应value应该存放到数组中的位置，下面具体来看看。

HashTable的做法：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length; 这相当于直接将hash值对数组长度取模（跟0x7FFFFFFF做&操作是为了保证hashcode的值为正数）。HashTable中数组的初始size为11，每次扩容都按照newsize = oldsize*2+1来计算。通过取模来计算index的值，从概率上来讲，保证了节点在数组上分配比较均匀（形成尽量短的拉链，有利于提高查询效率），但是取模操作的消耗是比较大的。



HashMap的做法则非常巧妙，index = hash & (tab.length - 1)。这有什么精妙之处呢，首先，Hashmap要求数组的size为2的幂乘，比如16，32，64，仔细看，当数组大小为16的时候，tab.length-1=15，在内存中的表示是00001111，将hash值与00001111做&（位与）操作后，会将hash值除了后四位全部抹为0，只保留了后四位，这样的方式完成了跟index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length一样的效果，就是取模。但是位运算的效率比取模操作高得多，也就是说HashMap的index计算方式要比Hashtable快得多。（Hashmap的初始size是16，每次扩容按照newsize = oldsize*2）



写Android的小伙伴可以在Android Studio中打开HashTable的源码看看，Google很明显的改动了Hashtable的index计算方式，改成跟Hashmap一样啦！



下面说说这三个Map的其他区别

HashTable

底层数组+链表实现，线程安全，实现线程安全的方式是在修改数据时锁住整个HashTable，效率低，ConcurretnHashMap做了相关优化。

初始size为11，扩容：newsize = olesize*2+1

计算index的方法：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;

HashMap

底层数组+链表实现，可以存储null键和null值，线程不安全

初始size为16，扩容：newsize = oldsize*2，size一定为2的n次幂

扩容针对整个Map，每次扩容时，原来数组中的元素依次重新计算存放位置，并重新插入

插入元素后才判断该不该扩容，有可能无效扩容（插入后如果扩容，如果没有再次插入，就会产生无效扩容）

当Map中元素总数超过Entry数组的75%，触发扩容操作，为了减少链表长度，元素分配更均匀

计算index方法：index = hash & (tab.length - 1)

ConcurrentHashMap

底层采用分段的数组+链表实现，线程安全

通过把整个Map分为N个Segment，可以提供相同的线程安全，但是效率提升N倍，默认提升16倍。(读操作不加锁，由于HashEntry的value变量是 volatile的，也能保证读取到最新的值。)

Hashtable的synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占，ConcurrentHashMap允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术。

有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它们可能需要锁定整个表而而不仅仅是某个段，这需要按顺序锁定所有段，操作完毕后，又按顺序释放所有段的锁。

扩容：段内扩容（段内元素超过该段对应Entry数组长度的75%触发扩容，不会对整个Map进行扩容），插入前检测需不需要扩容，有效避免无效扩容