引言

嘿，大家好，我是小米，一個(gè)愛(ài)研究技術(shù)、也愛(ài)講故事的 29 歲大哥哥。

上周我接了一個(gè)社招面試，面試官直接拋過(guò)來(lái)一個(gè)問(wèn)題：“說(shuō)說(shuō) Java 里的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 有什么區(qū)別？”我心里一緊，心想這不是基礎(chǔ)題嘛，結(jié)果我開口解釋了半天，面試官的眼神卻越來(lái)越微妙……嗯，這次面試翻車了。

所以，今天我決定好好梳理一下 HashMap 和 ConcurrentHashMap 的區(qū)別，希望我的教訓(xùn)能幫到大家！

開場(chǎng)故事：為什么需要 ConcurrentHashMap？

先想象一個(gè)場(chǎng)景：你和朋友們?cè)诓蛷d點(diǎn)菜，每個(gè)人都可以隨時(shí)往菜單里加菜。

問(wèn)題來(lái)了：如果兩個(gè)人同時(shí)修改菜單，服務(wù)員可能會(huì)拿到一份有問(wèn)題的訂單，比如一道菜被重復(fù)記錄，或者有的菜根本沒(méi)加上。

在單線程中，HashMap 這個(gè)"菜單"工作得很好。但到了多線程環(huán)境中，問(wèn)題就來(lái)了：它本身不是線程安全的，多個(gè)線程同時(shí)操作會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致。

于是，Java 提供了一個(gè)改進(jìn)版的“菜單”——ConcurrentHashMap。不僅線程安全，還能保持一定的性能。

第一回合：結(jié)構(gòu)上的對(duì)比

1. HashMap 的結(jié)構(gòu)

HashMap 的底層是由數(shù)組和鏈表組成的，Java 8 以后為了提升性能，又在鏈表長(zhǎng)度超過(guò)一定閾值時(shí)將鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹。

它的默認(rèn)容量是 16，每次擴(kuò)容時(shí)會(huì)翻倍到 32、64……以此類推。

2. ConcurrentHashMap 的結(jié)構(gòu)

ConcurrentHashMap 的設(shè)計(jì)比 HashMap 復(fù)雜得多。Java 7 時(shí)，它使用了 Segment 作為分段鎖的機(jī)制。Java 8 之后，Segment 被淘汰，改用了一種基于 CAS（Compare-And-Swap）操作和 Synchronized 鎖的設(shè)計(jì)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，ConcurrentHashMap 的核心在于 分段和細(xì)粒度鎖，它的每個(gè)桶（bucket）可以獨(dú)立加鎖，從而提高并發(fā)性能。

第二回合：線程安全的實(shí)現(xiàn)

1. HashMap：線程不安全

HashMap 沒(méi)有任何鎖機(jī)制，完全是無(wú)鎖設(shè)計(jì)。在多線程情況下，最典型的問(wèn)題是死循環(huán)，例如兩個(gè)線程同時(shí)觸發(fā)擴(kuò)容操作，導(dǎo)致循環(huán)鏈表形成，程序直接掛掉。

2. ConcurrentHashMap：線程安全

ConcurrentHashMap 使用了鎖分段技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全：

• 讀操作：在大多數(shù)情況下是無(wú)鎖的，因?yàn)樗褂昧?volatile 修飾來(lái)保證可見(jiàn)性。
• 寫操作：通過(guò) CAS 操作和 Synchronized 來(lái)保證線程安全。

另外，它還有一個(gè)巧妙的設(shè)計(jì)：分段鎖（Segmented Lock）。每個(gè)桶對(duì)應(yīng)一個(gè)鎖，多個(gè)線程可以同時(shí)操作不同的桶，避免了全表加鎖的性能損耗。

第三回合：性能的對(duì)比

HashMap 的性能很高，因?yàn)樗緵](méi)有鎖，單線程環(huán)境下表現(xiàn)優(yōu)秀。但在多線程環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。

ConcurrentHashMap 引入了鎖機(jī)制，多線程安全性大大提高，但性能上會(huì)稍遜于 HashMap。不過(guò)，Java 8 的優(yōu)化讓它在高并發(fā)環(huán)境中表現(xiàn)得非常高效。

第四回合：API 的使用差異

其實(shí)從使用層面來(lái)看，HashMap 和 ConcurrentHashMap 的 API 非常相似。

HashMap 的常用方法：

• put(K key, V value)
• get(Object key)
• remove(Object key)

ConcurrentHashMap 的特有方法：

• putIfAbsent(K key, V value)：只有當(dāng) key 不存在時(shí)才插入。
• compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：對(duì) key 對(duì)應(yīng)的值進(jìn)行重新計(jì)算。
• merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：如果 key 已存在，就用新的 value 與舊值進(jìn)行合并。

這些增強(qiáng)版方法尤其適合在并發(fā)場(chǎng)景中使用。

面試總結(jié)：如果再遇到這個(gè)問(wèn)題，我會(huì)怎么回答？

“HashMap 和 ConcurrentHashMap 的區(qū)別可以從以下幾個(gè)方面來(lái)看：”

1、線程安全性：

• HashMap 是線程不安全的，在多線程環(huán)境中不能直接使用。
• ConcurrentHashMap 是線程安全的，通過(guò)分段鎖和 CAS 實(shí)現(xiàn)高效并發(fā)。

2、底層結(jié)構(gòu)：

• HashMap 使用數(shù)組+鏈表/紅黑樹。
• ConcurrentHashMap 使用分段結(jié)構(gòu)，每個(gè)桶獨(dú)立加鎖。

3、并發(fā)性能：

• HashMap 在單線程環(huán)境中性能最佳。
• ConcurrentHashMap 在多線程環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，尤其適合高并發(fā)場(chǎng)景。

4、API 支持：

• ConcurrentHashMap 增強(qiáng)了線程安全的 API，如 putIfAbsent、compute 和 merge。

結(jié)尾感悟：面試翻車也是成長(zhǎng)的機(jī)會(huì)

雖然那次面試沒(méi)通過(guò)，但這個(gè)問(wèn)題讓我有了更深的認(rèn)識(shí)，也提醒我：技術(shù)上的基礎(chǔ)知識(shí)不能掉以輕心。