一次“面试翻车”后的思考：HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别到底在哪里？-51CTO.COM

引言

嘿，大家好，我是小米，一个爱研究技术、也爱讲故事的 29 岁大哥哥。

上周我接了一个社招面试，面试官直接抛过来一个问题：“说说 Java 里的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 有什么区别？”我心里一紧，心想这不是基础题嘛，结果我开口解释了半天，面试官的眼神却越来越微妙……嗯，这次面试翻车了。

所以，今天我决定好好梳理一下 HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别，希望我的教训能帮到大家！

开场故事：为什么需要 ConcurrentHashMap？

先想象一个场景：你和朋友们在餐厅点菜，每个人都可以随时往菜单里加菜。

问题来了：如果两个人同时修改菜单，服务员可能会拿到一份有问题的订单，比如一道菜被重复记录，或者有的菜根本没加上。

在单线程中，HashMap 这个"菜单"工作得很好。但到了多线程环境中，问题就来了：它本身不是线程安全的，多个线程同时操作会导致数据不一致。

于是，Java 提供了一个改进版的“菜单”——ConcurrentHashMap。不仅线程安全，还能保持一定的性能。

第一回合：结构上的对比

1. HashMap 的结构

HashMap 的底层是由数组和链表组成的，Java 8 以后为了提升性能，又在链表长度超过一定阈值时将链表转换为红黑树。

它的默认容量是 16，每次扩容时会翻倍到 32、64……以此类推。

2. ConcurrentHashMap 的结构

ConcurrentHashMap 的设计比 HashMap 复杂得多。Java 7 时，它使用了 Segment 作为分段锁的机制。Java 8 之后，Segment 被淘汰，改用了一种基于 CAS（Compare-And-Swap）操作和 Synchronized 锁的设计。

简单来说，ConcurrentHashMap 的核心在于 分段和细粒度锁，它的每个桶（bucket）可以独立加锁，从而提高并发性能。

第二回合：线程安全的实现

1. HashMap：线程不安全

HashMap 没有任何锁机制，完全是无锁设计。在多线程情况下，最典型的问题是死循环，例如两个线程同时触发扩容操作，导致循环链表形成，程序直接挂掉。

2. ConcurrentHashMap：线程安全

ConcurrentHashMap 使用了锁分段技术来实现线程安全：

  • 读操作：在大多数情况下是无锁的，因为它使用了 volatile 修饰来保证可见性。
  • 写操作：通过 CAS 操作和 Synchronized 来保证线程安全。

另外，它还有一个巧妙的设计：分段锁（Segmented Lock）。每个桶对应一个锁，多个线程可以同时操作不同的桶，避免了全表加锁的性能损耗。

第三回合：性能的对比

HashMap 的性能很高，因为它根本没有锁，单线程环境下表现优秀。但在多线程环境中会产生数据不一致的问题。

ConcurrentHashMap 引入了锁机制，多线程安全性大大提高，但性能上会稍逊于 HashMap。不过，Java 8 的优化让它在高并发环境中表现得非常高效。

第四回合：API 的使用差异

其实从使用层面来看，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)：只有当 key 不存在时才插入。
  • compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：对 key 对应的值进行重新计算。
  • merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：如果 key 已存在，就用新的 value 与旧值进行合并。

这些增强版方法尤其适合在并发场景中使用。

面试总结：如果再遇到这个问题，我会怎么回答？

“HashMap 和 ConcurrentHashMap 的区别可以从以下几个方面来看：”

1、线程安全性：

  • HashMap 是线程不安全的，在多线程环境中不能直接使用。
  • ConcurrentHashMap 是线程安全的，通过分段锁和 CAS 实现高效并发。

2、底层结构：

  • HashMap 使用数组+链表/红黑树。
  • ConcurrentHashMap 使用分段结构，每个桶独立加锁。

3、并发性能：

  • HashMap 在单线程环境中性能最佳。
  • ConcurrentHashMap 在多线程环境中表现优异，尤其适合高并发场景。

4、API 支持：

  • ConcurrentHashMap 增强了线程安全的 API，如 putIfAbsent、compute 和 merge。

结尾感悟：面试翻车也是成长的机会

虽然那次面试没通过，但这个问题让我有了更深的认识，也提醒我：技术上的基础知识不能掉以轻心。

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创建于: 2025-01-14 11:22:40
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