⭐ 题目日期：

字节 - 2024/12/16

📝 题解：

HashMap 和 ConcurrentHashMap 是 Java 中两种常用的键值对集合，但它们在设计目标、线程安全性和实现细节上有显著区别。以下是两者的核心对比：

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1. 线程安全性

特性	HashMap	ConcurrentHashMap
线程安全	❌ 非线程安全	✅ 线程安全
同步机制	无	分段锁（JDK7）或 CAS + synchronized（JDK8+）
多线程场景	需外部同步（如 Collections.synchronizedMap）	直接支持并发操作

示例问题： 多线程同时调用 HashMap.put() 可能导致数据丢失、死循环（JDK7 扩容时链表环形化）或 ConcurrentModificationException。

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2. 实现原理

特性	HashMap	ConcurrentHashMap
数据结构	数组 + 链表/红黑树	类似 HashMap，但分段优化并发访问
锁粒度	无锁（线程不安全）	JDK7: 分段锁（锁一段桶） JDK8+: 锁单个桶（Node）
哈希冲突处理	链表 → 红黑树	同 HashMap，但操作线程安全

JDK8+ 的优化：

• ConcurrentHashMap 使用 CAS（无锁算法）和 synchronized 仅锁定当前操作的桶（Node），而非整个表，极大减少锁竞争。

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3. 性能对比

场景	HashMap	ConcurrentHashMap
单线程	✅ 更高（无锁开销）	⚠️ 略低（CAS 和锁检查开销）
高并发读	❌ 不安全	✅ 高吞吐（读操作无锁）
高并发写	❌ 不安全	✅ 优于 Hashtable（细粒度锁）

原因：

• ConcurrentHashMap 的读操作完全无锁（依赖 volatile 可见性）。
• 写操作仅锁定单个桶（JDK8+），而 Hashtable 锁定整个表。

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4. 特殊行为

特性	HashMap	ConcurrentHashMap
允许 null 键/值	✅ 允许	❌ 不允许（会抛 NullPointerException）
迭代器行为	快速失败（fail-fast）	弱一致性（weakly consistent）

示例：

• HashMap 在迭代时修改会触发 ConcurrentModificationException。
• ConcurrentHashMap 的迭代器反映创建时的状态，但允许后续修改。

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5. 适用场景

场景	推荐选择
单线程环境	HashMap
高并发读多写少	ConcurrentHashMap
高并发写多	ConcurrentHashMap
需要 null 值	HashMap（注意线程安全）

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6. 底层代码片段对比（JDK8+）

HashMap 的 put 方法（非线程安全）：

final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
        n = (tab = resize()).length;
    if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null); // 无锁直接插入
    else {
        // 处理哈希冲突...
    }
    // 检查扩容...
}

ConcurrentHashMap 的 put 方法（线程安全）：

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;
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            tab = initTable();
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value))) // 使用 CAS 无锁插入
                break;
        } else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else {
            synchronized (f) { // 锁定当前桶
                // 处理链表/红黑树插入...
            }
        }
    }
    // 检查树化...
}

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总结

• HashMap：简单高效，适用于单线程或需手动控制同步的场景。
• ConcurrentHashMap：
  • 高并发场景的首选，通过细粒度锁和 CAS 实现高性能线程安全。
  • 设计上避免全局锁，显著提升并发吞吐量。
  • 牺牲少量单线程性能，换取多线程安全性和扩展性。