1.同步HashMap – ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap如果我們希望在併發環境中使用Map，那麼我們的首選應該始終是使用該類。ConcurrentHashMap支援透過設計併發訪問其鍵值對。我們無需執行任何其他程式碼修改即可在地圖上啟用同步。

請注意，從獲得的迭代器ConcurrentHashMap不會丟擲ConcurrentModificationException。但是，迭代器被設計為一次只能由一個執行緒使用。這意味著我們從ConcurrentHashMap獲得的每個迭代器都設計為由單個執行緒使用，並且不應傳遞。

如果這樣做，則無法保證一個執行緒會看到另一執行緒執行的對映更改（無需從對映中獲取新的迭代器）。該迭代器保證它的創作時間，以反映在地圖的狀態。

讓我們舉一個使用ConcurrentHashMap的例子。

ConcurrentHashMap示例

import java.util.Iterator;

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class HashMapExample

{

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException

{

ConcurrentHashMap<Integer, String> concurrHashMap = new ConcurrentHashMap<>();

//Put require no synchronization

concurrHashMap.put(1, "A");

concurrHashMap.put(2, "B");

//Get require no synchronization

concurrHashMap.get(1);

Iterator<Integer> itr = concurrHashMap.keySet().iterator();

//Using synchronized block is advisable

synchronized (concurrHashMap)

{

while(itr.hasNext()) {

System.out.println(concurrHashMap.get(itr.next()));

}

}

}

}

程式輸出：

A

B

2.同步HashMap – Collections.synchronizedMap（）

同步HashMap的工作原理也與ConcurrentHashMap非常相似，只是沒有什麼區別。

SynchronizedHashMap因為所有方法都宣告為sync，所以is一次只允許一個執行緒執行讀/寫操作。ConcurrentHashMap允許多個執行緒在地圖中的不同段上獨立工作。這樣可以在ConcurrentHashMap中實現更高程度的併發，從而提高整個應用程式的效能。

來自兩個類的迭代器都應該在synchronizedblock 內部使用，但是來自SynchronizedHashMap的迭代器是快速失敗的。而ConcurrentHashMap迭代器就是不是快速失敗的。

SynchronizedHashMap示例

import java.util.Collections;

import java.util.HashMap;

import java.util.Iterator;

import java.util.Map;

public class HashMapExample

{

public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException

{

Map<Integer, String> syncHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

//Put require no synchronization

syncHashMap.put(1, "A");

syncHashMap.put(2, "B");

//Get require no synchronization

syncHashMap.get(1);

Iterator<Integer> itr = syncHashMap.keySet().iterator();

//Using synchronized block is advisable

synchronized (syncHashMap)

{

while(itr.hasNext()) {

System.out.println(syncHashMap.get(itr.next()));

}

}

}

}

程式輸出：

A

B

3.同步HashMap和ConcurrentHashMap之間的區別

讓我們找出兩種地圖版本之間的差異，以便我們決定在哪種條件下選擇哪一種。

無需鎖定地圖即可讀取ConcurrentHashMap中的值。檢索操作將返回由最近完成的插入操作插入的值。SynchronizedHashMap中的讀取操作也是需要一個鎖的。

ConcurrentModificationException假如一個執行緒試圖修改它，而同時另一個執行緒對其進行迭代，則ConcurrentHashMap不會丟擲。迭代器會在建立地圖時反映其狀態。SynchronizedHashMap返回Iterator，併發修改後快速失敗。

HashMap是執行緒不安全的，如果有多個執行緒同時寫資料，有可能會使得資料不一致。

如果需要滿足執行緒安全，可以用 Collections的synchronizedMap方法使HashMap具有執行緒安全的能力，或者使用ConcurrentHashMap。

具體使用方法：

//synchronizedMap

Map<String, String> synchronizedHashMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String, String>());

//ConcurrentHashMap

Map<String, String> concurrentHashMap = new ConcurrentHashMap<>();

不安全。

非執行緒安全併發場景中如果不保持足夠的同步，可能會在執行HashMap.get時進入死迴圈。

高併發場景中，使用ConcurrentHashMap；採用陣列方式儲存key.value構成的Entry物件，無容量限制；基於key hash尋找Entry物件儲存到陣列中的位置，對於hash衝突採用連結串列方式解決；插入元素時可能要擴大陣列的容量，需要重新計算hash，並複製新物件到陣列中。

HashMap建立：HashMap()：預設是建立loadFactor = 0.75 ，threshold = 12 ,大小為16的Entry物件陣列。增加：put(Object key , Object value)

key = null ，遍歷，找到則將新的value賦值；如果沒有找到則增減一個Entry物件，key為null，value為傳入物件，next指向當前陣列的第一個物件；

如果當前陣列使用大小 >= threshold，則將陣列擴大為當前大小的兩倍，擴大時對當前Entry物件陣列中的元素重新hash，並填充陣列，重新設定threshold值。

獲取單個物件：get(Object key)

!=null時，對key進行按位與操作，找到對應的儲存位置，找到此位置對應的Entry物件，基於next屬性遍歷，需要到hash值相等，且key值相等並或equals的Entry物件，返回其value，未找到返回null。

與get類似

判斷物件是否存在：containsKey( Object key )

呼叫getEntry方法完成，過程與get過程基本相同。

遍歷：keySet()

遍歷時，無法保證順序

hashMap是否執行緒安全基本上是在每次面試都會問的了，而99%的JAVA程式設計師都知道hashMap是非執行緒安全的，不過知道其底層原因的應該不多，下面來說下為什麼是執行緒不安全的！

我們都知道，hashMap是一種在開發中最常用的資料結構(key-value型)，因為它很快（O(1)常數級別的查詢），在儲存的時候透過計算key的hash值，將value存在對應的桶裡(陣列的一個元素)，然後透過頭插法插入桶中的單向連結串列裡，如下圖所示:

這個過程是執行緒安全的，因為就算是發生了執行緒同享資源，無非就是插入的資料順序問題而已，無傷大雅，但是我們都知道，hashMap為了防止資料查詢過慢(如果單鏈表中的資料過大，相當於O(1)常數級別的效能下降為O(N)線性級別)，採取了自動擴容的方式，一旦儲存資料的大小size超過了總容量的0.75(裝載因子)，就發生自動擴容，安全問題也就隨之誕生了！

hashMap怎麼實現擴容呢？一旦需要擴容的時候，會新建一個兩倍容量的hashMap，並把原來的元素重新做hash存入新的hash陣列，底層原始碼使用的resize方法:

在resize方法中需要呼叫transfer方法，方法很簡單，無非就是遍歷老hash陣列，然後重新放入新的hash陣列中，如下:

當thread1執行到Entry＜k，v＞ next ＝e.next的時候，把原來的key7指向key3，變為了key3指向key7，因為java是搶佔式執行緒，此時thread2開始執行，不過線上程2中的快照中，還是key7指向key3(但實質key3已經指向了key7)！

經過執行緒2的處理完成，執行緒繼續處理，這個時候key3指向key7，反過來key7也指向key3，這時候單鏈表變成了環形連結串列:

等到查詢方法查詢到這個hash陣列的時候，查詢出現了死迴圈，永遠卡死在這，CPU跑滿。

所以hashMap是非執行緒安全的，相對應的hashTable擁有著和hashMap類似的結構，但是因為hashTable中的所有方法都加了鎖(synchonize)，所以在多執行緒處理中，應該是用hashTable來換取資料的安全性！