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HashTable, HashMap, ConcurrentHashMap

news 2025/8/10 6:17:59

这三个的主要区别在线程安全方面,HashMap 本身不是线程安全的.HashTable,ConcurrentHashMap是线程安全的,因为HashMap众所周知,所以我们重点来讨论剩下的两个

HashTable 线程安全实现机制

核心原理：全局对象锁

HashTable 通过最基础的互斥锁实现线程安全：

public synchronized V put(K key, V value) { ... }
public synchronized V get(Object key) { ... }
public synchronized V remove(Object key) { ... }
// 所有公共方法均使用synchronized修饰

就是很粗暴的直接针对 Hashtable 对象本⾝加锁.这肯定存在一些问题

如果多线程访问同⼀个 Hashtable 就会直接造成锁冲突.
size 属性也是通过 synchronized 来控制同步, 也是⽐较慢的.
⼀旦触发扩容, 就由该线程完成整个扩容过程. 这个过程会涉及到⼤量的元素拷⻉, 效率会⾮常低.

ConcurrentHashMap的线程安全实现机制

ConcurrentHashMap是通过精细的锁控制和无锁技术结合来实现高并发的线程安全。最核心的思路是把锁的粒度做得尽可能细，让不同的线程操作不同的数据区域时不会相互阻塞。它用synchronized锁单个哈希桶而不是整个表，这样不同桶的读写操作可以同时进行。对于空桶的初始化操作，它直接用无锁的CAS操作解决，避免了不必要的锁开销。

在具体实现上，每次操作时先根据key定位到哈希桶。如果桶是空的，就尝试用CAS创建新节点；如果桶不为空，就锁住桶的第一个节点再进行操作。链表和红黑树结构采用不同的处理方式，特别在转树过程中有专门的锁机制确保安全。这样保证了即使多个线程同时操作同一个桶，只要第一个节点锁住，后续操作就有序进行。

读操作处理得更轻量级，完全不加锁。通过所有节点字段都使用volatile修饰，包括节点值val和后继节点next，确保了线程修改后其他线程能立即看到变化。计数方式采用LongAdder风格的分片计数，把size拆成多个部分进行累加，减少了线程间的计数冲突。

遇到扩容时设计也很精妙。一个线程触发的扩容操作，其他写入线程发现后也会一起参与数据迁移，分片区协作完成。这种协同式扩容避免了全局阻塞问题。通过这些设计组合，在保证线程安全的前提下实现了接近HashMap的单线程性能。