HashMap、TreeMap、Hashtable、HashSet和ConcurrentHashMap區別

一、HashMap、TreeMap都繼承AbstractMap抽象類；TreeMap實現SortedMap接口，因此TreeMap是有序的！HashMap是無序的。
    接口層次：
    public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V>
    public interface NavigableMap<K,V> extends SortedMap<K,V>
    public class HashMap<K,V>     extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable
    public class HashMap<K,V>    extends AbstractMap<K,V>    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable

二、兩種常規Map性能
    HashMap：適用於在Map中插入、刪除和定位元素。
    Treemap：適用於按天然順序或自定義順序遍歷鍵(key)。

使用場景：HashMap一般比TreeMap快一點(樹和哈希表的數據結構使然)，建議多使用HashMap，在須要排序的Map時候才用TreeMap。

三、HashMap和Hashtable的區別

        HashMap和Hashtable都實現了Map接口，主要的區別有：線程安全性，同步(synchronization)，以及速度。
HashMap幾乎能夠等價於Hashtable，除了HashMap是非synchronized的，並能夠接受null(HashMap能夠接受爲null的鍵值(key)和值(value)，而Hashtable則不行)。
HashMap是非synchronized，而Hashtable是synchronized，這意味着Hashtable是線程安全的，多個線程能夠共享一個Hashtable；而若是沒有正確的同步的話，多個線程是不能共享HashMap的。Java 5提供了ConcurrentHashMap，它是HashTable的替代，比HashTable的擴展性更好。
另外一個區別是HashMap的迭代器(Iterator)是fail-fast迭代器，而Hashtable的enumerator迭代器不是fail-fast的。因此當有其它線程改變了HashMap的結構（增長或者移除元素），將會拋出ConcurrentModificationException，但迭代器自己的remove()方法移除元素則不會拋出ConcurrentModificationException異常。但這並非一個必定發生的行爲，要看JVM。這條一樣也是Enumeration和Iterator的區別。
因爲Hashtable是線程安全的也是synchronized，因此在單線程環境下它比HashMap要慢。若是你不須要同步，只須要單一線程，那麼使用HashMap性能要好過Hashtable。
HashMap不能保證隨着時間的推移Map中的元素次序是不變的。

咱們可否讓HashMap同步？
HashMap能夠經過下面的語句進行同步：
Map m = Collections.synchronizeMap(hashMap);

效率低下的HashTable容器

     HashTable容器使用synchronized來保證線程安全，但在線程競爭激烈的狀況下HashTable的效率很是低下。由於當一個線程訪問HashTable的同步方法時，其餘線程訪問HashTable的同步方法時，可能會進入阻塞或輪詢狀態。如線程1使用put進行添加元素，線程2不但不能使用put方法添加元素，而且也不能使用get方法來獲取元素，因此競爭越激烈效率越低。

爲什麼ConcurrentHashMap能夠替代HashTable？（ConcurrentHashMap的鎖分段技術）

        HashTable容器在競爭激烈的併發環境下表現出效率低下的緣由，是由於全部訪問HashTable的線程都必須競爭同一把鎖，那假如容器裏有多把鎖，每一把鎖用於鎖容器其中一部分數據，那麼當多線程訪問容器裏不一樣數據段的數據時，線程間就不會存在鎖競爭，從而能夠有效的提升併發訪問效率，這就是ConcurrentHashMap所使用的鎖分段技術，首先將數據分紅一段一段的存儲，而後給每一段數據配一把鎖，當一個線程佔用鎖訪問其中一個段數據的時候，其餘段的數據也能被其餘線程訪問。

四、ConcurrentMap 

ConcurrentHashMap 表現區別：不能夠有null鍵，線程安全，原子操做。一個ConcurrentHashMap 由多個segment 組成，每一個segment 包含一個Entity 的數組。這裏比HashMap 多了一個segment 類。該類繼承了ReentrantLock 類，因此自己是一個鎖。當多線程對ConcurrentHashMap 操做時，不是徹底鎖住map， 而是鎖住相應的segment 。這樣提升了併發效率。缺點：當遍歷ConcurrentMap中的元素時，須要獲取全部的segment 的鎖，使用遍歷時慢。鎖的增多，佔用了系統的資源。使得對整個集合進行操做的一些方法

ConcurrentHashMap的get操做

Segment的get操做實現很是簡單和高效。先通過一次再哈希，而後使用這個哈希值經過哈希運算定位到segment，再經過哈希算法定位到元素，代碼以下：

public V get(Object key) {

       int hash = hash(key.hashCode());

       return segmentFor(hash).get(key, hash);
 
   }

 

get操做的高效之處在於整個get過程不須要加鎖，除非讀到的值是空的纔會加鎖重讀，咱們知道HashTable容器的get方法是須要加鎖的，那麼ConcurrentHashMap的get操做是如何作到不加鎖的呢？緣由是它的get方法裏將要使用的共享變量都定義成volatile，如用於統計當前Segement大小的count字段和用於存儲值的HashEntry的value。定義成volatile的變量，可以在線程之間保持可見性，可以被多線程同時讀，而且保證不會讀到過時的值，可是隻能被單線程寫（有一種狀況能夠被多線程寫，就是寫入的值不依賴於原值），在get操做裏只須要讀不須要寫共享變量count和value，因此能夠不用加鎖。之因此不會讀到過時的值，是根據Java內存模型的happen before原則，對volatile字段的寫入操做先於讀操做，即便兩個線程同時修改和獲取volatile變量，get操做也能拿到最新的值，這是用volatile替換鎖的經典應用場景。

transient volatile int count;

volatile V value;

ConcurrentHashMap的Put操做在定位元素的代碼裏咱們能夠發現定位HashEntry和定位Segment的哈希算法雖然同樣，都與數組的長度減去一相與，可是相與的值不同，定位Segment使用的是元素的hashcode經過再哈希後獲得的值的高位，而定位HashEntry直接使用的是再哈希後的值。其目的是避免兩次哈希後的值同樣，致使元素雖然在Segment裏散列開了，可是卻沒有在HashEntry裏散列開。

hash >>> segmentShift) & segmentMask//定位Segment所使用的hash算法

int index = hash & (tab.length - 1);// 定位HashEntry所使用的hash算法

如何擴容。擴容的時候首先會建立一個兩倍於原容量的數組，而後將原數組裏的元素進行再hash後插入到新的數組裏。爲了高效ConcurrentHashMap不會對整個容器進行擴容，而只對某個segment進行擴容。因爲put方法裏須要對共享變量進行寫入操做，因此爲了線程安全，在操做共享變量時必須得加鎖。Put方法首先定位到Segment，而後在Segment裏進行插入操做。插入操做須要經歷兩個步驟，第一步判斷是否須要對Segment裏的HashEntry數組進行擴容，第二步定位添加元素的位置而後放在HashEntry數組裏。

是否須要擴容。在插入元素前會先判斷Segment裏的HashEntry數組是否超過容量（threshold），若是超過閥值，數組進行擴容。值得一提的是，Segment的擴容判斷比HashMap更恰當，由於HashMap是在插入元素後判斷元素是否已經到達容量的，若是到達了就進行擴容，可是頗有可能擴容以後沒有新元素插入，這時HashMap就進行了一次無效的擴容。

五、HashSet和HashMap的區別

HashSet是基於HashMap實現的。

public class HashSet<E> extends AbstractSet<E>	implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable
{
    static final long serialVersionUID = -5024744406713321676L;

    private transient HashMap<E,Object> map;

    private static final Object PRESENT = new Object();

    public HashSet() {
        map = new HashMap<>();
    }
    public HashSet(Collection<? extends E> c) {
        map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));
        addAll(c);
    }
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }
    public boolean remove(Object o) {
        return map.remove(o)==PRESENT;
    }
    .......
}

 

HashMap	HashSet
HashMap實現了Map接口	HashSet實現了Set接口
HashMap儲存鍵值對	HashSet僅僅存儲對象
使用put()方法將元素放入map中	使用add()方法將元素放入set中
HashMap中使用鍵對象來計算hashcode值	HashSet使用成員對象來計算hashcode值，對於兩個對象來講hashcode可能相同，因此equals()方法用來判斷對象的相等性，若是兩個對象不一樣的話，那麼返回false
HashMap比較快，由於是使用惟一的鍵來獲取對象	HashSet較HashMap