HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap三者有什么區別

HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap三者有什么區別，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

HashTable

• 底層數組+鏈表實現，無論key還是value都不能為null，線程安全，實現線程安全的方式是在修改數據時鎖住整個HashTable，效率低，ConcurrentHashMap做了相關優化

• 初始size為11，擴容：newsize = olesize*2+1

• 計算index的方法：index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length

HashMap

• 底層數組+鏈表實現，可以存儲null鍵和null值，線程不安全

• 初始size為16，擴容：newsize = oldsize*2，size一定為2的n次冪

• 擴容針對整個Map，每次擴容時，原來數組中的元素依次重新計算存放位置，并重新插入

• 插入元素后才判斷該不該擴容，有可能無效擴容（插入后如果擴容，如果沒有再次插入，就會產生無效擴容）

• 當Map中元素總數超過Entry數組的75%，觸發擴容操作，為了減少鏈表長度，元素分配更均勻

• 計算index方法：index = hash & (tab.length – 1)

HashMap的初始值還要考慮加載因子:

•  哈希沖突：若干Key的哈希值按數組大小取模后，如果落在同一個數組下標上，將組成一條Entry鏈，對Key的查找需要遍歷Entry鏈上的每個元素執行equals()比較。

• 加載因子：為了降低哈希沖突的概率，默認當HashMap中的鍵值對達到數組大小的75%時，即會觸發擴容。因此，如果預估容量是100，即需要設定100/0.75＝134的數組大小。

• 空間換時間：如果希望加快Key查找的時間，還可以進一步降低加載因子，加大初始大小，以降低哈希沖突的概率。

HashMap和Hashtable都是用hash算法來決定其元素的存儲，因此HashMap和Hashtable的hash表包含如下屬性：

• 容量（capacity）：hash表中桶的數量

• 初始化容量（initial capacity）：創建hash表時桶的數量，HashMap允許在構造器中指定初始化容量

• 尺寸（size）：當前hash表中記錄的數量

• 負載因子（load factor）：負載因子等于“size/capacity”。負載因子為0，表示空的hash表，0.5表示半滿的散列表，依此類推。輕負載的散列表具有沖突少、適宜插入與查詢的特點（但是使用Iterator迭代元素時比較慢）

除此之外，hash表里還有一個“負載極限”，“負載極限”是一個0～1的數值，“負載極限”決定了hash表的最大填滿程度。當hash表中的負載因子達到指定的“負載極限”時，hash表會自動成倍地增加容量（桶的數量），并將原有的對象重新分配，放入新的桶內，這稱為rehashing。

HashMap和Hashtable的構造器允許指定一個負載極限，HashMap和Hashtable默認的“負載極限”為0.75，這表明當該hash表的3/4已經被填滿時，hash表會發生rehashing。

“負載極限”的默認值（0.75）是時間和空間成本上的一種折中：

• 較高的“負載極限”可以降低hash表所占用的內存空間，但會增加查詢數據的時間開銷，而查詢是最頻繁的操作（HashMap的get()與put()方法都要用到查詢）

• 較低的“負載極限”會提高查詢數據的性能，但會增加hash表所占用的內存開銷

程序猿可以根據實際情況來調整“負載極限”值。

ConcurrentHashMap

• 底層采用分段的數組+鏈表實現，線程安全

• 通過把整個Map分為N個Segment，可以提供相同的線程安全，但是效率提升N倍，默認提升16倍。(讀操作不加鎖，由于HashEntry的value變量是 volatile的，也能保證讀取到最新的值。)

• Hashtable的synchronized是針對整張Hash表的，即每次鎖住整張表讓線程獨占，ConcurrentHashMap允許多個修改操作并發進行，其關鍵在于使用了鎖分離技術

• 有些方法需要跨段，比如size()和containsValue()，它們可能需要鎖定整個表而而不僅僅是某個段，這需要按順序鎖定所有段，操作完畢后，又按順序釋放所有段的鎖

• 擴容：段內擴容（段內元素超過該段對應Entry數組長度的75%觸發擴容，不會對整個Map進行擴容），插入前檢測需不需要擴容，有效避免無效擴容

Hashtable和HashMap都實現了Map接口，但是Hashtable的實現是基于Dictionary抽象類的。Java5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的擴展性更好。

HashMap基于哈希思想，實現對數據的讀寫。當我們將鍵值對傳遞給put()方法時，它調用鍵對象的hashCode()方法來計算hashcode，然后找到bucket位置來存儲值對象。當獲取對象時，通過鍵對象的equals()方法找到正確的鍵值對，然后返回值對象。HashMap使用鏈表來解決碰撞問題，當發生碰撞時，對象將會儲存在鏈表的下一個節點中。HashMap在每個鏈表節點中儲存鍵值對對象。當兩個不同的鍵對象的hashcode相同時，它們會儲存在同一個bucket位置的鏈表中，可通過鍵對象的equals()方法來找到鍵值對。如果鏈表大小超過閾值（TREEIFY_THRESHOLD,8），鏈表就會被改造為樹形結構。

在HashMap中，null可以作為鍵，這樣的鍵只有一個，但可以有一個或多個鍵所對應的值為null。當get()方法返回null值時，即可以表示HashMap中沒有該key，也可以表示該key所對應的value為null。因此，在HashMap中不能由get()方法來判斷HashMap中是否存在某個key，應該用containsKey()方法來判斷。而在Hashtable中，無論是key還是value都不能為null。

Hashtable是線程安全的，它的方法是同步的，可以直接用在多線程環境中。而HashMap則不是線程安全的，在多線程環境中，需要手動實現同步機制。

Hashtable與HashMap另一個區別是HashMap的迭代器（Iterator）是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。所以當有其它線程改變了HashMap的結構（增加或者移除元素），將會拋出ConcurrentModificationException，但迭代器本身的remove()方法移除元素則不會拋出ConcurrentModificationException異常。但這并不是一個一定發生的行為，要看JVM。

先看一下簡單的類圖：

從類圖中可以看出來在存儲結構中ConcurrentHashMap比HashMap多出了一個類Segment，而Segment是一個可重入鎖。

ConcurrentHashMap是使用了鎖分段技術來保證線程安全的。

鎖分段技術：首先將數據分成一段一段的存儲，然后給每一段數據配一把鎖，當一個線程占用鎖訪問其中一個段數據的時候，其他段的數據也能被其他線程訪問。 

ConcurrentHashMap提供了與Hashtable和SynchronizedMap不同的鎖機制。Hashtable中采用的鎖機制是一次鎖住整個hash表，從而在同一時刻只能由一個線程對其進行操作；而ConcurrentHashMap中則是一次鎖住一個桶。

ConcurrentHashMap默認將hash表分為16個桶，諸如get、put、remove等常用操作只鎖住當前需要用到的桶。這樣，原來只能一個線程進入，現在卻能同時有16個寫線程執行，并發性能的提升是顯而易見的。

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