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并发下的Map常见面试题汇总

热度:78   发布时间:2024-01-26 16:16:17.0

 

Q:HashMap 和 HashTable 有什么区别?

A:①、HashMap 是线程不安全的,HashTable 是线程安全的;

②、由于线程安全,所以 HashTable 的效率比不上 HashMap;

③、HashMap最多只允许一条记录的键为null,允许多条记录的值为null,而 HashTable 不允许;

④、HashMap 默认初始化数组的大小为16,HashTable 为 11,前者扩容时,扩大两倍,后者扩大两倍+1;

⑤、HashMap 需要重新计算 hash 值,而 HashTable 直接使用对象的 hashCode

 

Q:Java 中的另一个线程安全的与 HashMap 极其类似的类是什么?同样是线程安全,它与 HashTable 在线程同步上有什么不同?

A:ConcurrentHashMap 类(是 Java并发包 java.util.concurrent 中提供的一个线程安全且高效的 HashMap 实现)。

HashTable 是使用 synchronize 关键字加锁的原理(就是对对象加锁);

而针对 ConcurrentHashMap,在 JDK 1.7 中采用分段锁的方式;JDK 1.8 中直接采用了CAS(无锁算法)+ synchronized,也采用分段锁的方式并大大缩小了锁的粒度。

 

HashMap & ConcurrentHashMap 的区别?

A:除了加锁,原理上无太大区别。

另外,HashMap 的键值对允许有null,但是ConCurrentHashMap 都不允许。

在数据结构上,红黑树相关的节点类

 

Q:为什么 ConcurrentHashMap  比 HashTable 效率要高?

A:HashTable 使用一把锁(锁住整个链表结构)处理并发问题,多个线程竞争一把锁,容易阻塞;

ConcurrentHashMap  

JDK 1.7 中使用分段锁(ReentrantLock + Segment + HashEntry),相当于把一个 HashMap 分成多个段,每段分配一把锁,这样支持多线程访问。锁粒度:基于 Segment,包含多个 HashEntry。

JDK 1.8 中使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树。锁粒度:Node(首结点)(实现 Map.Entry<K,V>)。锁粒度降低了。

 

Q:针对 ConcurrentHashMap 锁机制具体分析(JDK 1.7 VS JDK 1.8)?

JDK 1.7 中,采用分段锁的机制,实现并发的更新操作,底层采用数组+链表的存储结构,包括两个核心静态内部类 Segment 和 HashEntry。

①、Segment 继承 ReentrantLock(重入锁) 用来充当锁的角色,每个 Segment 对象守护每个散列映射表的若干个桶;

②、HashEntry 用来封装映射表的键-值对;

③、每个桶是由若干个 HashEntry 对象链接起来的链表。

JDK 1.8 中,采用Node + CAS + Synchronized来保证并发安全。取消类 Segment,直接用 table 数组存储键值对;当 HashEntry 对象组成的链表长度超过 TREEIFY_THRESHOLD 时,链表转换为红黑树,提升性能。底层变更为数组 + 链表 + 红黑树。

 

Q:ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中,为什么要使用内置锁 synchronized 来代替重入锁 ReentrantLock?

A:

1、JVM 开发团队在1.8中对 synchronized做了大量性能上的优化,而且基于 JVM 的 synchronized 优化空间更大,更加自然。

2、在大量的数据操作下,对于 JVM 的内存压力,基于 API  的 ReentrantLock 会开销更多的内存。

 

Q:ConcurrentHashMap 简单介绍?

A:

①、重要的常量:

private transient volatile int sizeCtl;

当为负数时,-1 表示正在初始化,-N 表示 N - 1 个线程正在进行扩容;

当为 0 时,表示 table 还没有初始化;

当为其他正数时,表示初始化或者下一次进行扩容的大小。

②、数据结构:

Node 是存储结构的基本单元,继承 HashMap 中的 Entry,用于存储数据;

TreeNode 继承 Node,但是数据结构换成了二叉树结构,是红黑树的存储结构,用于红黑树中存储数据;

TreeBin 是封装 TreeNode 的容器,提供转换红黑树的一些条件和锁的控制。

③、存储对象时(put() 方法):

1.如果没有初始化,就调用 initTable() 方法来进行初始化;

2.如果没有 hash 冲突就直接 CAS 无锁插入;

3.如果需要扩容,就先进行扩容;

4.如果存在 hash 冲突,就加锁来保证线程安全,两种情况:一种是链表形式就直接遍历到尾端插入,一种是红黑树就按照红黑树结构插入;

5.如果该链表的数量大于阀值 8,就要先转换成红黑树的结构,break 再一次进入循环

6.如果添加成功就调用 addCount() 方法统计 size,并且检查是否需要扩容。

④、扩容方法 transfer():默认容量为 16,扩容时,容量变为原来的两倍。

helpTransfer():调用多个工作线程一起帮助进行扩容,这样的效率就会更高。

⑤、获取对象时(get()方法):

1.计算 hash 值,定位到该 table 索引位置,如果是首结点符合就返回;

2.如果遇到扩容时,会调用标记正在扩容结点 ForwardingNode.find()方法,查找该结点,匹配就返回;

3.以上都不符合的话,就往下遍历结点,匹配就返回,否则最后就返回 null。

 

Q:ConcurrentHashMap 的并发度是什么?

A:1.7中程序运行时能够同时更新 ConccurentHashMap 且不产生锁竞争的最大线程数。默认为 16,且可以在构造函数中设置。当用户设置并发度时,ConcurrentHashMap 会使用大于等于该值的最小2幂指数作为实际并发度(假如用户设置并发度为17,实际并发度则为32)。

1.8中并发度则无太大的实际意义了,主要用处就是当设置的初始容量小于并发度,将初始容量提升至并发度大小。

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