面試之Hashtable和ConcurrentHashMap

那麼要如何保證HashMap的線程安全呢？ 方法有不少，好比使用Hashtable或者Collections.synchronizedMap，可是這兩位選手都有一個共同的問題：性能。由於不論是讀仍是寫操做，他們都會給整個集合上鎖，致使同一時間的其餘操做被阻塞。

雖然Hashtable和Collections.synchronizedMap解決了HashMap的線程不安全的問題，可是帶來了運行效率不佳的問題。

基於以上所述，兼顧了線程安全和運行效率的ConcurrentHashMap就出現了。

在瞭解了HashMap以後，接下來就開始瞭解一下ConcurrentHashMap。
ConcurrentHashMap與HashMap相比，最關鍵的是要理解一個概念：segment。
Segment其實就是一個Hashmap 。Segment也包含一個HashEntry數組，數組中的每個HashEntry既是一個鍵值對，也是一個鏈表的頭節點。
Segment對象在ConcurrentHashMap集合中有2的N次方個，共同保存在一個名爲segments的數組當中。（類比HashMap來理解Segment就好）

所以ConcurrentHashMap的結構爲：

換言之，ConcurrentHashMap是一個雙層哈希表。在一個總的哈希表下面，有若干個子哈希表。（這樣的雙層結構，相似於數據庫水平拆分來理解）

ConcurrentHashMap如此的設計，優點主要在於：
每一個segment的讀寫是高度自治的，segment之間互不影響。這稱之爲「鎖分段技術」；

看一下併發狀況下的ConcurrentHashMap：
情景一：不一樣segment的併發寫入

不一樣的Segment是能夠併發執行put操做的

情景二：同一segment的併發寫入

由於segment的寫入是上鎖的，所以對 同一segment的併發寫入會被阻塞;

情景三：同一segment的一寫一讀

同一segment的寫和讀是能夠併發執行的；

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看到此處，就已經知道了ConcurrentHashMap的併發狀況，有興趣的話能夠繼續看下ConcurrentHashMap的具體讀寫過程。

Get方法：

1.爲輸入的Key作Hash運算，獲得hash值。

2.經過hash值，定位到對應的Segment對象

3.再次經過hash值，定位到Segment當中數組的具體位置。

Put方法：

1.爲輸入的Key作Hash運算，獲得hash值。

2.經過hash值，定位到對應的Segment對象

3.獲取可重入鎖

4.再次經過hash值，定位到Segment當中數組的具體位置。

5.插入或覆蓋HashEntry對象。

6.釋放鎖。

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看到此處，對於ConcurrentHashMap的Get和Put的過程（讀寫過程）就有了一個完整的瞭解了。
基於上述，會有一個問題：
每個segment各自持有鎖，那麼在調用size()方法的時候（size()在實際開發大量使用），怎麼保持一致性呢？
詳細描述一下上面問題的情景：
Size方法的目的是統計ConcurrentHashMap的總元素數量， 確定要把每一個segment內部的元素數量都加起來。
那麼假設一種狀況，在統計segment元素數量的過程當中，在統計結束前，已統計過的segment插入了新的元素，size()返回的數量就會出現不一致的問題。
爲解決這個問題，ConcurrentHashMap的Size()方法是經過一個嵌套循環解決的，大致過程以下：
1.遍歷全部的Segment。

2.把Segment的元素數量累加起來。

3.把Segment的修改次數累加起來。

4.判斷全部Segment的總修改次數是否大於上一次的總修改次數。若是大於，說明統計過程當中有修改，從新統計，嘗試次數+1；若是不是。說明沒有修改，統計結束。

5.若是嘗試次數超過閾值，則對每個Segment加鎖，再從新統計。

6.再次判斷全部Segment的總修改次數是否大於上一次的總修改次數。因爲已經加鎖，次數必定和上次相等。

7.釋放鎖，統計結束。

這種解決辦法是否是似曾相識？沒錯，這種思想和樂觀鎖悲觀鎖的思想一模一樣（不熟悉樂觀鎖的道友能夠看我轉的一篇很是生動的介紹，傳送門）

爲了避免鎖全部segment，首先樂觀地假設size過程當中不會有修改。當嘗試必定次數，才無奈轉悲觀，鎖住全部segment以保證一致性。

補充：
一、以上都是基於Java1.7的ConcurrentHashMap原理和代碼；

二、ConcurrentHashMap在對Key求Hash值的時候進行了兩次Hash，目的是爲了實現Segment均勻分佈。

小結

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說了那麼多，針對Map子類的安全性能夠總結以下幾點：

• HashMap採用鏈地址法解決哈希衝突，多線程訪問哈希表的位置並修改映射關係的時候，後執行的線程會覆蓋先執行線程的修改，因此不是線程安全的
• Hashtable採用synchronized關鍵字解決了併發訪問的安全性問題可是效率較低
• ConcurrentHashMap使用了線程鎖分段技術，每次訪問只容許一個線程修改哈希表的映射關係，因此是線程安全的