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9. HashMap和Hashtable有什么区别？为什么HashMap是线程不安全的？

PangHu大约 4 分钟

HashMap 和 Hashtable 都是 Java 中用于存储键值对的数据结构，但它们在设计和使用上有一些显著的区别。以下是它们的主要区别：

1. 线程安全性

  • HashMap: 不是线程安全的。多个线程同时访问和修改HashMap对象时，如果不进行同步，可能会导致数据不一致和其他问题。
  • Hashtable: 线程安全的。Hashtable内部方法大部分都使用了synchronized关键字进行同步，确保在多线程环境下使用时不会出现线程安全问题。

2. 性能

  • HashMap: 由于没有内置的同步机制，所以HashMap在单线程环境或在不需要线程安全的情况下使用时，性能要优于Hashtable。
  • Hashtable: 由于内置了同步机制，每次访问Hashtable时都要获取锁，因此性能相对较低，尤其是在高并发环境中。

3. null 值和 null 键

  • HashMap: 允许null作为键和值。一个HashMap可以包含一个null键和多个null值。
  • Hashtable: 不允许null作为键或值。如果试图将null放入Hashtable，会抛出NullPointerException。

4. 迭代器

  • HashMap: 使用的迭代器是fail-fast的。如果在迭代过程中HashMap结构发生变化（除了通过迭代器自身的remove()方法），迭代器会抛出ConcurrentModificationException。
  • Hashtable: 使用的是传统的Enumeration接口，而不是Iterator。Hashtable的Enumeration不是fail-fast的，因此它不会在检测到并发修改时抛出异常。

5. 扩容机制

  • HashMap: 默认初始容量为16，扩容时容量翻倍。扩容时，它的负载因子默认是0.75。
  • Hashtable: 默认初始容量为11，扩容时容量增加为原容量 * 2 + 1。默认负载因子是0.75。

6. 包结构

  • HashMap: 位于java.util包中。
  • Hashtable: 也位于java.util包中，但它是JDK 1.0中的遗留类，后来被HashMap取代。

7. 设计初衷

  • HashMap: 设计为更现代的集合类，取代Hashtable，用于非线程安全的环境中。开发者可以通过Collections.synchronizedMap()方法将HashMap转换为线程安全的集合。
  • Hashtable: 是JDK 1.0的遗留类，原本用于早期的线程安全操作，但在现代Java编程中很少使用。

为什么HashMap是线程不安全的？

HashMap之所以线程不安全，主要原因在于以下几点：

  1. 无同步机制:
    • HashMap的操作（如put()、get()、remove()等）没有进行同步处理。当多个线程同时访问和修改HashMap时，可能会出现数据竞争问题。这种情况下，如果多个线程同时操作HashMap，可能会导致不一致的状态。
  2. 扩容时的条件竞争:
    • HashMap在元素数量达到负载因子阈值时会进行扩容操作。扩容操作会重新分配新的桶数组并重新哈希所有元素。在多线程环境下，如果有多个线程同时触发扩容，可能会导致数据丢失、死循环等问题。
  3. 迭代器的fail-fast行为:
    • HashMap的迭代器是fail-fast的，这意味着如果在迭代过程中检测到HashMap被其他线程修改了，它会抛出ConcurrentModificationException，这种机制虽然有助于发现并发修改的问题，但也表明HashMap没有内置的并发保护。

如何使HashMap线程安全？

有几种方法可以使HashMap线程安全：

  1. 使用Collections.synchronizedMap():

    • 可以使用Collections.synchronizedMap()方法将HashMap包装为线程安全的同步映射。
    Map<String, String> synchronizedMap = Collections.synchronizedMap(new HashMap<>());

  2. 使用ConcurrentHashMap:

    • 在需要高效的线程安全Map时，可以使用ConcurrentHashMap。它是HashMap的线程安全变种，设计为在高并发环境中性能表现良好。
    ConcurrentHashMap<String, String> concurrentMap = new ConcurrentHashMap<>();

总结

  • HashMap 和 Hashtable 都是 Java 的键值对存储结构，但它们在线程安全、性能、支持null值、迭代器等方面有显著区别。
  • HashMap不是线程安全的，原因在于它没有同步机制，也没有处理并发访问的能力。
  • 如果需要线程安全的Map，推荐使用ConcurrentHashMap或者通过Collections.synchronizedMap()方法对HashMap进行包装。