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HashMap安全性

HashMap 是否是线程安全的

HashMapJava 中不是线程安全的。这意味着如果多个线程同时读写同一个 
HashMap 实例,而没有其他形式的同步机制,可能会导致数据不一致或其他不可预测
的行为。

get 方法的执行流程及底层数据结构

HashMap 的底层数据结构主要由数组和链表(在 Java 8 及之后版本中,链表可能
会在某些情况下转换为红黑树)组成。其主要工作原理如下:

 1. 计算哈希值:调用 key.hashCode() 方法计算键的哈希值。
 2. 哈希值扰动:通过位操作进一步扰动哈希值,以减少哈希冲突。
 3. 位置计算:根据扰动后的哈希值计算出数组中的索引位置。
 4. 查找节点:从数组的该位置开始查找链表或红黑树中的节点。
 5. 返回结果:如果找到与给定键相等的节点,则返回该节点的值;否则返回 null

在高并发场景下 HashMap 可能会出现的问题

  1. 数据不一致:多个线程同时写入可能会导致数据不一致。
  2. 死循环:在 Java 7 及之前版本中,扩容时可能会导致链表形成死循环。
  3. 并发修改异常:如果一个线程正在遍历 HashMap,而另一个线程对其进行修改(包括扩容),ConcurrentModificationException。

线程安全的替代方案

Hashtable:这是 Java 中最早的线程安全的 Map 实现,它通过在每个方法上添加 
synchronized 关键字来实现线程安全。但 Hashtable 的性能较差,因为所有操作
都是串行化的。
ConcurrentHashMap:这是 Java 提供的一个高效且线程安全的 Map 实现。它通过
分段锁的方式(在 Java 8 及之后版本中,使用 CAS 操作和锁来提高性能),使得
多个线程可以同时进行读取操作,并且在写入操作时只锁定需要的部分,从而减少锁
竞争,提高并发性能。
Collections.synchronizedMap(new HashMap<>()):这个方法会返回一个线程安
全的 Map。但是它对所有的操作都会加锁,性能较差。

它们之间的区别

  1. Hashtable:所有操作都加锁,性能较低。
  2. ConcurrentHashMap:通过分段锁或 CAS 操作来提高并发性能,性能较高。
  3. Collections.synchronizedMap(new HashMap<>):通过包装器模式使 HashMap变成线程安全的,但所有操作都加锁,性能较低。

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