ConcurrentHashMap原理和使用

ConcurrentHashMap是线程安全的，使用环境大多在多线程环境下，在高并发情况下保证数据的可见性和一致性。

HashMap是一种键值对的数据存储容器，在JDK17中使用的是数组+链表的存储结构，在JDK18使用的是数组+链表+红黑树的存储结构，关于HashMap的实现原理可以查看 《hashMap实现原理》 。

HashMap是线程不安全的，主要体现在多线程环境下，容器扩容的时候会造成环形链表的情况，关于hashMap线程不安全原因可以查看 《HashMap线程不安全原因》

HashTable也是一种线程安全的键值对容器，我们一般都是听说过，具体使用较少，为什么线程安全的HashTable在多线程环境下使用较少，主要原因在于其效率较低（虽然效率低，但是很安全在多线程环境下）。

下面来分析一下HashTable为什么线程安全，但是效率较低的原因？

查看HashTable类，我们发现在源码中所有的方法都加上了synchronized同步关键字，这也就保证的在多线程环境下线程安全，由于所有的方法都加上了synchronized，这也就导致在一个线程获取到HashTable对象锁的时候，其他线程是不能访问HashTable中的其他方法的，比如A线程在使用HashTable的get()方法时，当B线程想使用HashTable的put()方法的时候必须等到A线程使用完get()方法并释放锁，而且B线程正好能够获取到HashTable的锁的时候才行，这样在多线程环境下就会造成线程长时间的阻塞。使其效率底下的原因所在。

在HashTable中由于在方法上设置synchronized，导致虽然是线程安全的，但是只有一个HashTable的对象锁，也就是说同一时刻只能有一个线程可以访问HashTable，线程都必须竞争同一把锁。假如容器中里面有多把锁，每把锁用于锁住容器的一部分数据，那么当多线程访问容器里面不同的数据时，多线程之间就不会存在锁的竞争，从而提高了并发访问的效率，这就是ConcurrentHashMap的 锁分段技术 。

ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁（ReentrantLock），在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色；HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组。Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构。一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素，当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得与它对应的Segment锁

ConcurrentHashMap的初始化

在ConcurrentHashMap中如何将数据均匀的散列到每一个Segment中？如果数据不能均匀的散列到各个Segment中，那么ConcurrentHashMap的并行性就会下降，好比，所有的数据都在一个Segment中，那么一个ConcurrentHashMap中就相当于只有一个锁，这和HashTable没有什么区别，所以通过一个hash()方法，将数据均匀的散列到不同的Segment中去（注意，虽然经过散列数据会均匀分散的不同的Segment中去，但是，也会有可能出现一个Segment中数据过多的问题，如果数据过多，多线程访问到的概率就会增加，导致并行度下降，如何优化解决ConcurrentHashMap中锁的加入时机和位置，这就是JDK18对ConcurrentHashMap所要做的事情）

查看ConcurrentHashMap的put()方法

由于put方法里需要对共享变量进行写入 *** 作，所以为了线程安全，在 *** 作共享变量时必须加锁。put方法首先定位到Segment，然后在Segment里进行插入 *** 作。插入 *** 作需要经历两个步骤，第一步判断是否需要对Segment里的HashEntry数组进行扩容，第二步定位添加元素的位置，然后将其放在HashEntry数组里。

（1）是否需要扩容

在插入元素前会先判断Segment里的HashEntry数组是否超过容量（threshold），如果超过阈值，则对数组进行扩容。值得一提的是，Segment的扩容判断比HashMap更恰当，因为HashMap是在插入元素后判断元素是否已经到达容量的，如果到达了就进行扩容，但是很有可能扩容之后没有新元素插入，这时HashMap就进行了一次无效的扩容。

（2）如何扩容

在扩容的时候，首先会创建一个容量是原来容量两倍的数组，然后将原数组里的元素进行再散列后插入到新的数组里。为了高效，ConcurrentHashMap不会对整个容器进行扩容，而只对某个segment进行扩容。

get *** 作的高效之处在于整个get过程不需要加锁，除非读到的值是空才会加锁重读。我们知道HashTable容器的get方法是需要加锁的，那么ConcurrentHashMap的get *** 作是如何做到不加锁的呢？原因是它的get方法里将要使用的共享变量都定义成volatile类型（关于volatile可以查看 《volatile synchronized final的内存语义》 ），如用于统计当前Segement大小的count字段和用于存储值的HashEntry的value。定义成volatile的变量，能够在线程之间保持可见性，能够被多线程同时读，并且保证不会读到过期的值，但是只能被单线程写（有一种情况可以被多线程写，就是写入的值不依赖于原值），在get *** 作里只需要读不需要写共享变量count和value，所以可以不用加锁。

锁的优化

在前面我们提到，在JDK17中ConcurrentHashMap使用锁分段的技术，提高了ConcurrentHashMap的并行度，虽然经过散列数据会均匀分散的不同的Segment中去，但是也会有可能出现一个Segment中数据过多的问题，如果数据过多，多线程访问到的概率就会增加，导致并行度下降。

在JDK18中ConcurrentHashMap细化了锁的粒度，缩小了公共资源的范围。采用synchronized+CAS的方式实现对共享资源的安全访问，只锁定当前链表或红黑二叉树的 首节点 ，这样只要hash不冲突，就不会产生并发，效率又提升N倍。

结构优化

在JDK17中ConcurrentHashMap的结构是数组+链表，我们知道链表随机插入和删除较快，但是查询和修改则会很慢，在ConcurrentHashMap中如果存在一个数组下标下的链表过长，查找某个value的复杂度为O(n)，

在JDK18中ConcurrentHashMap的结构是数组+链表+红黑树，在链表的长度不超过8时，使用链表，在链表长度超过8时，将链表转换为红黑树复杂度变成O(logN)。效率提高

下面是JDK18中ConcurrentHashMap的数据结构

TreeBin:红黑树数节点     Node:链表节点

在JDK18中，hash()方法得到了简化，提高了效率，但是增加了碰撞的概率，不过碰撞的概率虽然增加了，但是通过红黑树可以优化，总的来说还是相较JDK17有很大的优化。

下面来分析put()，来观察JDK18中如何采用synchronized+CAS的方式细化锁的粒度，只锁定当前链表或红黑二叉树的 首节点。

  1底层由链表+数组实现

  2可以存储null键和null值

  3线性不安全

  4初始容量为16，扩容每次都是2的n次幂（保证位运算）

  5加载因子为075，当Map中元素总数超过Entry数组的075，触发扩容 *** 作

  6并发情况下，HashMap进行put *** 作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%

  （1）HashMap底层实现数据结构为数组+链表的形式，JDK8及其以后的版本中使用了数组+链表+红黑树实现，解决了链表太长导致的查询速度变慢的问题。

  （2）简单来说，HashMap由数组+链表组成的，数组是HashMap的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的。HashMap通过key的HashCode经过扰动函数处理过后得到Hash值，然后通过位运算判断当前元素存放的位置，如果当前位置存在元素的话，就判断该元素与要存入的元素的hash值以及key是否相同，如果相同的话，直接覆盖，不相同就通过拉链法解决冲突。当Map中的元素总数超过Entry数组的075时，触发扩容 *** 作，为了减少链表长度，元素分配更均匀。

DEFAULT_INITIAL_CAPACITY ：默认的初始化容量，1<<4位运算的结果是16，也就是默认的初始化容量为16。当然如果对要存储的数据有一个估计值，最好在初始化的时候显示的指定容量大小，减少扩容时的数据搬移等带来的效率消耗。同时，容量大小需要是2的整数倍。

MAXIMUM_CAPACITY ：容量的最大值，1 << 30位，2的30次幂。

  DEFAULT_LOAD_FACTOR ：默认的加载因子，设计者认为这个数值是基于时间和空间消耗上最好的数值。这个值和容量的乘积是一个很重要的数值，也就是阈值，当达到这个值时候会产生扩容，扩容的大小大约为原来的二倍。

TREEIFY_THRESHOLD ：因为jdk8以后，HashMap底层的存储结构改为了数组+链表+红黑树的存储结构（之前是数组+链表），刚开始存储元素产生碰撞时会在碰撞的数组后面挂上一个链表，当链表长度大于这个参数时，链表就可能会转化为红黑树，为什么是可能后面还有一个参数，需要他们两个都满足的时候才会转化。

UNTREEIFY_THRESHOLD ：介绍上面的参数时，我们知道当长度过大时可能会产生从链表到红黑树的转化，但是，元素不仅仅只能添加还可以删除，或者另一种情况，扩容后该数组槽位置上的元素数据不是很多了，还使用红黑树的结构就会很浪费，所以这时就可以把红黑树结构变回链表结构，什么时候变，就是元素数量等于这个值也就是6的时候变回来（元素数量指的是一个数组槽内的数量，不是HashMap中所有元素的数量）。

   MIN_TREEIFY_CAPACITY ：链表树化的一个标准，前面说过当数组槽内的元素数量大于8时可能会转化为红黑树，之所以说是可能就是因为这个值，当数组的长度小于这个值的时候，会先去进行扩容，扩容之后就有很大的可能让数组槽内的数据可以更分散一些了，也就不用转化数组槽后的存储结构了。当然，长度大于这个值并且槽内数据大于8时，那就转化为红黑树吧。

从类图中可以看出来在存储结构中ConcurrentHashMap比HashMap多出了一个类Segment。 ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一个可重入锁（ReentrantLock），在ConcurrentHashMap里扮演锁的角色；HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap里包含一个Segment数组。Segment的结构和HashMap类似，是一种数组和链表结构。一个Segment里包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是一个链表结构的元素，每个Segment守护着一个HashEntry数组里的元素。当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得与它对应的segment锁。

ConcurrentHashMap是使用了锁分段技术来保证线程安全的。

锁分段技术 ：首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。

ConcurrentHashMap提供了与Hashtable和SynchronizedMap不同的锁机制。Hashtable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表，从而在同一时刻只能由一个线程对其进行 *** 作；而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。

Hashtable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因是因为所有访问Hashtable的线程都必须竞争同一把锁，假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其它段的数据也能被其它线程访问。

在认识hashmap中要先认识Map。在数组中我们是通过数组下标来对其内容索引的，而在Map中我们通过对象来对对象进行索引，用来索引的对象叫做key，其对应的对象叫做value。

HashMap的初始过程 :在并发环境下使用HashMap

而没有做同步，可能会引起死循环，关于这一点，sun的官方网站上已有阐述，这并非是bug。

HashMap的数据结构 ：HashMap主要是用数组来存储数据的，我们都知道它会对key进行哈希运算，哈系运算会有重复的哈希值，对于哈希值的冲突，HashMap采用链表来解决的。在HashMap里有这样的一句属性声明：

transient Entry[]

table;

因此hashmap可以在andriod中用来存储数据。

hashset和hashmap的区别为：存储不同、放入方法不同、hashcode值不同。hashset和hashmap都是存在于javautil包中的类，用于存储数据，且都不允许集合中出现重复的元素。

一、存储不同

1、hashset：HashSet仅仅存储对象。

2、hashmap：HashMap储存键值对。

二、放入方法不同

1、hashset：hashset使用add()方法将元素放入set中。

2、hashmap：HashMap使用put()方法将元素放入map中。

三、hashcode值不同

1、hashset：HashSet使用成员对象来计算hashcode值。

2、hashmap：HashMap中使用键对象来计算hashcode值。

HashMap,LinkedHashMap都属于Map，Map 主要用于存储键(key)值(value)对，根据键得到值，因此键不允许键重复,但允许值重复。

HashMap：

HashMap是一个最常用的Map,它根据键的HashCode 值存储数据,根据键可以直接获取它的值，具有很快的访问速度。HashMap最多只允许一条记录的键为Null;允许多条记录的值为 Null;HashMap不支持线程的同步，即任一时刻可以有多个线程同时写HashMap;可能会导致数据的不一致。

LinkedHashMap：

LinkedHashMap也是一个HashMap,但是内部维持了一个双向链表,可以保持顺序

HashMap实例：

   LinkedHashMap实例

简单总结:linkedMap存储数据时会记录顺序，所以取出的的时候就是有序的。hashMap存储和取出都是无序的，hashMap键只能允许为一条为空，value可以允许为多条为空，键唯一，但值可以多个。

你要实现的这个可能跟SpringMvc的关系不是很大。

你要达到的目的其实就是在jvm启动的时候把数据库数据加载一份到内存，一个静态变量和一个静态初始化块就可以搞定你的问题，这两者都是在类加载的时候初始化一次，像前面回答的一样，你可以用一个HashMap搞定。稍微具体来说，一个静态变量

publicstaticfinalMapcache=newHashMap()

static{

cache=请求数据库 *** 作

}

key你自己加，String还是int都行，value是你数据库的结构，可以写个实体。获取的时候直接cacheget(key)就可以了。

java如何从数据库读取数据并写入txt文件：

将数据查询出来放在list中，然后写入文件。

给你个写入的类，查询数据自己如果能搞定最好了。

FileWriterfileWriter=newFileWriter("c:\Resulttxt");

int[]a=newint[]{11112,222,333,444,555,666};

for(inti=0;i

fileWriterwrite(StringvalueOf(a[i])"");

}

fileWriterflush();

fileWriterclose();

上面例子中的a也可以是list。

以上就是关于ConcurrentHashMap原理和使用全部的内容，包括:ConcurrentHashMap原理和使用、HashMap的底层数据结构以及主要参数、HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap的原理与区别等相关内容解答，如果想了解更多相关内容，可以关注我们，你们的支持是我们更新的动力！