实现Map接口的各集合讨论

• HashMap集合
• LinkedHashMap集合
• TreeMap集合
• HashTable集合
• ConcurrentHashMap

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HashMap集合

• 概念

  public class HashMap extends AbstractMap implements Map

  • HashMap集合继承Dictionary 类,是一个数组和链表的结合体（在数据结构称“链表散列“）,非线程安全。null可以作为键，但这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为null。不能保证插入顺序。

  • HashMap中hash数组的默认大小是16，而且一定是2的指数。每次都以1倍的量扩容。

• 实现机制

  • HashMap集合的put（）方法实现机制：

    将一个 key-value 对放入 HashMap 中时，程序首先根据该 key 的 hashCode() 返回值决定该 Entry 的存储位置（bucket桶位置）：如果两个 Entry 的 key 的 hashCode() 返回值相同，那它们的存储位置相同。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 true，新添加 Entry 的 value 将覆盖集合中原有 Entry 的 value，但 key 不会覆盖。如果这两个 Entry 的 key 通过 equals 比较返回 false，新添加的 Entry 将与集合中原有 Entry 形成 Entry 链，而且新添加的 Entry 位于 Entry 链的头部。

  • HashMap集合的get（）方法实现机制:

    当 HashMap 的每个 bucket 里存储的 Entry 只是单个 Entry ——也就是没有通过指针产生 Entry 链时，只要先计算出该 key 的 hashCode() 返回值，在根据该 hashCode 返回值找出该 key 在bucket数组中的索引，然后取出该索引处的 Entry，最后返回该 key 对应的 value 即可。
    在发生“Hash 冲突”的情况下，单个 bucket 里存储的不是一个 Entry，而是一个 Entry 链，系统只能必须按顺序遍历每个 Entry，直到找到想搜索的 Entry 为止。

LinkedHashMap集合

• 概念
  
  • LinkedHashMap集合是HashMap的一个子类，底层使用哈希表与双向链表来保存所有元素，具有可预知的迭代顺序，允许使用null值和null键。根据链表中元素的顺序可以分为：按插入顺序的链表（默认），和按访问顺序(调用get方法)的链表。
  • 如果需要输出的顺序和输入时的相同，那么就选用LinkedHashMap。

TreeMap集合

• 概念

  TreeMap的底层是通过红黑树算法的实现,具有对数据对象的排序功，如果希望输出的顺序是升序的，可以选择TreeMap集合。不允许空键值

• 实现机制

  • 在TreeMap的put()的实现方法中主要分为两个步骤，第一：构建排序二叉树，第二：平衡二叉树。

    对于排序二叉树的创建，其添加节点的过程如下：
    1、以根节点为初始节点进行检索。
    2、与当前节点进行比对，若新增节点值较大，则以当前节点的右子节点作为新的当前节点。否则以当前节点的左子节点作为新的当前节点。
    3、循环递归2步骤知道检索出合适的叶子节点为止。
    4、将新增节点与3步骤中找到的节点进行比对，如果新增节点较大，则添加为右子节点；否则添加为左子节点。

  • TreeMap deleteEntry()方法实现分析

    找到一个替代子节点C来替代P，然后直接删除C，最后调整这棵红黑树。

HashTable集合

• 概念
  

  public class Hashtable extends Dictionary implements Map
  

  • HashTable采用”拉链法”实现哈希表，它定义了几个重要的参数：table、count、threshold、loadFactor、modCount。
    
    • table：为一个Entry[]数组类型，Entry代表了“拉链”的节点，每一个Entry代表了一个键值对，哈希表的”key-value键值对”都是存储在Entry数组中的。是一个volatile变量。
    • count：HashTable的大小，注意这个大小并不是HashTable的容器大小，而是他所包含Entry键值对的数量。是一个volatile变量。
    • threshold：Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值=”容量*加载因子”。
    • loadFactor：加载因子。
    • modCount：用来实现“fail-fast”机制的（也就是快速失败）。所谓快速失败就是在并发集合中，其进行迭代操作时，若有其他线程对其进行结构性的修改，这时迭代器会立马感知到，并且立即抛出ConcurrentModificationException异常，而不是等到迭代完成之后才告诉你（你已经出错了）。
  • HashTable中hash数组默认大小是11，增加的方式是 old*2+1。
  • HashTable不允许空键值。
  • HashTable是同步，线程安全的，每次执行，通过synchronized，锁定整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独占。
  • 实现机制
    
    • put()方法和get()与HashMap基本一致，只是在扩容上有区别（上面已经提到）

ConcurrentHashMap

• 可以说ConcurrentHashMap是在优化HashTable线程同步性能基础上产生的，HashTable容器效率低下是因为所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁，那假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap。
• ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。不允许null key和null value
  
  • ConcurrentHashMap中主要实体类就是三个：ConcurrentHashMap（整个Hash表）,Segment（子Hash表），HashEntry（节点）。
  • ConcurrentHashMap完全允许多个读操作并发进行，读操作并不需要加锁。实现技术是保证HashEntry几乎是不可变的，final类型。除了value不是final的，其它值都是final的，这意味着不能从hash链的中间或尾部添加或删除节点，因为这需要修改next 引用值，所有的节点的修改只能从头部开始。对于put操作，可以一律添加到Hash链的头部。但是对于remove操作，可能需要从中间删除一个节点，这就需要将要删除节点的前面所有节点整个复制一遍，最后一个节点指向要删除结点的下一个结点。为了确保读操作能够看到最新的值，将value设置成volatile，这避免了加锁。

• 实现机制

  • 删除操作 remove()

    整个操作是在持有段锁的情况下执行的，首先定位到要删除的节点e。接下来，如果不存在这个节点就直接返回null，否则就要将e前面的结点复制一遍，尾结点指向e的下一个结点。e后面的结点不需要复制，它们可以重用。

    • 整个操作是先定位到段，然后委托给段的remove操作。当多个删除操作并发进行时，只要它们所在的段不相同，它们就可以同时进行
      -注：1、当要删除的结点存在时，删除的最后一步操作要将count的值减一
      2、remove执行的开始就将table赋给一个局部变量tab。

  • 添加操作 put()

    持有段锁(锁定整个segment)的情况下执行的。首先找是否存在同样一个key的结点，如果存在就直接替换这个结点的值。否则创建一个新的结点并添加到hash链的头部，这时一定要修改modCount和count的值，同样修改count的值一定要放在最后一步。

  • 获取操作 get()

    get操作不需要锁。根据hash和key对hash链进行遍历找到要获取的结点，如果没有找到，直接访回null。