HashMap,Hashtable以及ConcurrentHashMap的比较（源码）
2017-03-08 17:55
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非常感谢http://blog.csdn.net/q291611265/article/details/47985145
一、概述
以前学习的时候应该都知道HashMap以及Hashtable:
HashMap是线程不安全的，Hashtable是线程安全的。
这里就一源代码的角度看看为什么Hashtable是线程安全的，以及另外一个线程安全的ConcurrentHashMap与Hashtable的比较。
小提示：在Ecilpse中可以用ctrl+shitf+T查找类，这样就容易查看源代码了。
在查看hashtable源代码的时候，不小心进了com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime下的Hashtable，看了半天不对劲，上网查了才发现原来是进错类了。
这里使用的是jdk8版本的源代码
预备：
unsafe.compareAndSwap();
比如说现在内存中有
a=1;
线程T1拿到a=1,然后准备修改a,这个时候就调用unsafe.compareAndSwap()去修改。
访问内存的时候：如果发现内存中的a还是T1认为的那样（为1），则修改，并且返回true.
如果内存中的a已经被其他线程修改了（跟手上的a的值对不上，不为1），则不修改，返回false;
所以一般在执行compareAndSwap()的时候，通常是放在一个死循环中：
取值->业务->赋值->发现值变了->重新再来直到成功
跟锁的区别：
锁是规定了只有一个线程能够进来处理，处理完了再出去。完全一条队排队处理。
而compareAndSwap()是去登记一下，取个值，根据这个值进行一系列操作，操作完了拿去提交，提交的时候检查一下值是否变了，如果变了，那就说刚才做的白做了。如果没变，那就是了，修改。其实就是svn,svn...
二、Hashtable的线程安全
打开Hashtable的源代码，发现和HashMap几乎是一模一样的。
区别就在很多方法上都加上了"synchronized"关键字。
"synchronized"关键字的意思就是加锁了，不管是put，get还是什么的，统一加上了锁。
[java] view
plain copy
public synchronized V get(Object key)
public synchronized V put(K key, V value)
那来分析一下这个锁，关键字在方法上，还不是静态方法，那锁的就是this，也就是当前对象。
就是说，不管谁来调用，只要是涉及到本对象的操作，不管增删改，锁的监视器都一样：this对象。
轮到的执行，没轮到的在外面排队等待。
也正是因为如此，Hashtable是线程安全的。（全加锁了，能不安全吗）
不管效率的话，显得有些低了。因为这里不管读写都加锁，而且锁的对象都一样，是整个对象。出现锁竞争与等待的可能很大。
三、ConcurrentHashMap的线程安全
1.先来看一下get方法：
[java] view
plain copy
public V get(Object key) {
//
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> e, p;
int n, eh; K ek;
//spread相当于HashMap中的hash方法，处理一下hash值，使其分布不容易碰撞
int h = spread(key.hashCode());
//table是当前对象中用于保存所有元素的数组，必须不能为空，而且长度大于0
//tabAt的意思就是从table中找到hash为h的这个元素，如果没找到，说明不含有key为此值的元素
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
//如果hash值相同，说明几乎就是
if ((eh = e.hash) == h) {
//再判断一下key是不是相同啊，是不是equals啊什么的，就准备返回了
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
//这里跟下面的一样，都是遍历链表
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
//既然在当前位置，第一个元素还不是，那就遍历这条链表，找到对应的
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
tabAt的具体实现如下，这里U对象是Unsafe类型的，其实就是通过操作内存，偏移来找到这个元素的所在位置。
[java] view
plain copy
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
好像并不涉及到锁的操作。
2.再来看一下put方法
[java] view
plain copy
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
[java] view
plain copy
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
//1.for
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f;
int n, i, fh;
//table还是空的情况，初始化
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//找到元素的位置是空的，直接放进去，下面的注释也说到了，不用锁。
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
//跳过
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
//到了这里，应该是找到了新的元素应该存放的位置，而且这个位置上还有其他的元素
V oldVal = null;
//此处加锁，锁的是f，f是什么？是找到的位于数组上的该位置上的第一个元素
synchronized (f) {
//之前f=tabat(tab,i)，这里看来应该是必须成立的，直接下一步
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
//然后就是寻找，替换。
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
//替换了后，binCount是有所增加了，所以进入，并且在if的最后跳出循环。
if (binCount != 0) {
//就是查看下链表够不够长，需要换成红黑树不
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
这里用到了一个锁，锁的是一个对象，是找到该元素对应的数组的位置上的那个元素。
也的确，对数组其他位置上进行操作的时候，与该操作是完全没影响的（扩容除外）。
所以说，ConcurrentHashMap的性能要比Hashtable的性能要好，支持多线程同时进行增加，查找等操作（只要hash定的index不一样，且不扩容。）
下面，再来看看扩容怎么写的
这个方法2个参数，第一个是增加了几个，第二个是binCount，链表的长度。
[java] view
plain copy
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
boolean uncontended = true;
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
if (check <= 1)
return;
s = sumCount();
}
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
int rs = resizeStamp(n);
if (sc < 0) {
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
}
****
再回来看看那个for循环是干嘛的。
最前面说过一般把compareAndSwap是放到for循环中的，如果失败了就继续尝试。
所以说上面的tabAt方法多次调用是有原因的：检查内存中的值是否变了，如果变了，果断去要新的，放弃本次。
四、总结
如果是单线程情况，就用HashMap。多线程，还是用ConcurrentHashMap比较好。
一、概述
以前学习的时候应该都知道HashMap以及Hashtable:
HashMap是线程不安全的，Hashtable是线程安全的。
这里就一源代码的角度看看为什么Hashtable是线程安全的，以及另外一个线程安全的ConcurrentHashMap与Hashtable的比较。
小提示：在Ecilpse中可以用ctrl+shitf+T查找类，这样就容易查看源代码了。
在查看hashtable源代码的时候，不小心进了com.sun.org.apache.xalan.internal.xsltc.runtime下的Hashtable，看了半天不对劲，上网查了才发现原来是进错类了。
这里使用的是jdk8版本的源代码
预备：
unsafe.compareAndSwap();
比如说现在内存中有
a=1;
线程T1拿到a=1,然后准备修改a,这个时候就调用unsafe.compareAndSwap()去修改。
访问内存的时候：如果发现内存中的a还是T1认为的那样（为1），则修改，并且返回true.
如果内存中的a已经被其他线程修改了（跟手上的a的值对不上，不为1），则不修改，返回false;
所以一般在执行compareAndSwap()的时候，通常是放在一个死循环中：
取值->业务->赋值->发现值变了->重新再来直到成功
跟锁的区别：
锁是规定了只有一个线程能够进来处理，处理完了再出去。完全一条队排队处理。
而compareAndSwap()是去登记一下，取个值，根据这个值进行一系列操作，操作完了拿去提交，提交的时候检查一下值是否变了，如果变了，那就说刚才做的白做了。如果没变，那就是了，修改。其实就是svn,svn...
二、Hashtable的线程安全
打开Hashtable的源代码，发现和HashMap几乎是一模一样的。
区别就在很多方法上都加上了"synchronized"关键字。
"synchronized"关键字的意思就是加锁了，不管是put，get还是什么的，统一加上了锁。
[java] view
plain copy
public synchronized V get(Object key)
public synchronized V put(K key, V value)
那来分析一下这个锁，关键字在方法上，还不是静态方法，那锁的就是this，也就是当前对象。
就是说，不管谁来调用，只要是涉及到本对象的操作，不管增删改，锁的监视器都一样：this对象。
轮到的执行，没轮到的在外面排队等待。
也正是因为如此，Hashtable是线程安全的。（全加锁了，能不安全吗）
不管效率的话，显得有些低了。因为这里不管读写都加锁，而且锁的对象都一样，是整个对象。出现锁竞争与等待的可能很大。
三、ConcurrentHashMap的线程安全
1.先来看一下get方法：
[java] view
plain copy
public V get(Object key) {
//
Node<K,V>[] tab;
Node<K,V> e, p;
int n, eh; K ek;
//spread相当于HashMap中的hash方法，处理一下hash值，使其分布不容易碰撞
int h = spread(key.hashCode());
//table是当前对象中用于保存所有元素的数组，必须不能为空，而且长度大于0
//tabAt的意思就是从table中找到hash为h的这个元素，如果没找到，说明不含有key为此值的元素
if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
(e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
//如果hash值相同，说明几乎就是
if ((eh = e.hash) == h) {
//再判断一下key是不是相同啊，是不是equals啊什么的，就准备返回了
if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
return e.val;
}
//这里跟下面的一样，都是遍历链表
else if (eh < 0)
return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
//既然在当前位置，第一个元素还不是，那就遍历这条链表，找到对应的
while ((e = e.next) != null) {
if (e.hash == h &&
((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
return e.val;
}
}
return null;
}
tabAt的具体实现如下，这里U对象是Unsafe类型的，其实就是通过操作内存，偏移来找到这个元素的所在位置。
[java] view
plain copy
static final <K,V> Node<K,V> tabAt(Node<K,V>[] tab, int i) {
return (Node<K,V>)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
好像并不涉及到锁的操作。
2.再来看一下put方法
[java] view
plain copy
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
[java] view
plain copy
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
//1.for
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f;
int n, i, fh;
//table还是空的情况，初始化
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
//找到元素的位置是空的，直接放进去，下面的注释也说到了，不用锁。
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
//跳过
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
//到了这里，应该是找到了新的元素应该存放的位置，而且这个位置上还有其他的元素
V oldVal = null;
//此处加锁，锁的是f，f是什么？是找到的位于数组上的该位置上的第一个元素
synchronized (f) {
//之前f=tabat(tab,i)，这里看来应该是必须成立的，直接下一步
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
//然后就是寻找，替换。
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
//替换了后，binCount是有所增加了，所以进入，并且在if的最后跳出循环。
if (binCount != 0) {
//就是查看下链表够不够长，需要换成红黑树不
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
这里用到了一个锁，锁的是一个对象，是找到该元素对应的数组的位置上的那个元素。
也的确，对数组其他位置上进行操作的时候，与该操作是完全没影响的（扩容除外）。
所以说，ConcurrentHashMap的性能要比Hashtable的性能要好，支持多线程同时进行增加，查找等操作（只要hash定的index不一样，且不扩容。）
下面，再来看看扩容怎么写的
这个方法2个参数，第一个是增加了几个，第二个是binCount，链表的长度。
[java] view
plain copy
private final void addCount(long x, int check) {
CounterCell[] as; long b, s;
if ((as = counterCells) != null ||
!U.compareAndSwapLong(this, BASECOUNT, b = baseCount, s = b + x)) {
CounterCell a; long v; int m;
boolean uncontended = true;
if (as == null || (m = as.length - 1) < 0 ||
(a = as[ThreadLocalRandom.getProbe() & m]) == null ||
!(uncontended =
U.compareAndSwapLong(a, CELLVALUE, v = a.value, v + x))) {
fullAddCount(x, uncontended);
return;
}
if (check <= 1)
return;
s = sumCount();
}
if (check >= 0) {
Node<K,V>[] tab, nt; int n, sc;
while (s >= (long)(sc = sizeCtl) && (tab = table) != null &&
(n = tab.length) < MAXIMUM_CAPACITY) {
int rs = resizeStamp(n);
if (sc < 0) {
if ((sc >>> RESIZE_STAMP_SHIFT) != rs || sc == rs + 1 ||
sc == rs + MAX_RESIZERS || (nt = nextTable) == null ||
transferIndex <= 0)
break;
if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, sc + 1))
transfer(tab, nt);
}
else if (U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc,
(rs << RESIZE_STAMP_SHIFT) + 2))
transfer(tab, null);
s = sumCount();
}
}
}
****
再回来看看那个for循环是干嘛的。
最前面说过一般把compareAndSwap是放到for循环中的，如果失败了就继续尝试。
所以说上面的tabAt方法多次调用是有原因的：检查内存中的值是否变了，如果变了，果断去要新的，放弃本次。
四、总结
如果是单线程情况，就用HashMap。多线程，还是用ConcurrentHashMap比较好。
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