HashMap、HashTable与ConcurrentHashMap的区别

1、HashTable与HashMap

(1)HashTable和HashMap都实现了Map接口，但是HashTable的实现是基于Dictionary抽象类。

(2)在HashMap中，null可以作为键，这样的键只有一个；可以有一个或多个键所对应的值为null。当get()方法返回null值时，既可以表示HashMap中没有该键，也可以表示该键所对应的值为null。因此，在HashMap中不能由get()方法来判断HashMap中是否存在某个键，而应该用containsKey()方法来判断。而在HashTable中，无论是key还是value都不能为null。

(3)HashTable是线程安全的，它的方法是同步了的，可以直接用在多线程环境中。HashMap则不是线程安全的。在多线程环境中，需要手动实现同步机制。

因此，在Collections类中提供了一个方法返回一个同步版本的HashMap用于多线程的环境：

public static <K, V> Map<K, V> synchronizedMap(Map<K, V> m) {
    return new SynchronizedMap<K, V>(m);
}  

该方法返回的是一个SynchronizedMap的实例。SynchronizedMap类是定义在Collections中的一个静态内部类。它实现了Map接口，并对其中的每一个方法实现，通过synchronized关键字进行了同步控制。

2、潜在的线程安全问题

上面提到的Collections为HashMap提供了一个并发版本的SynchronizedMap。这个版本中的方法都进行了同步，但是这并不等于这个类就一定是线程安全的。在某些情况下会出现一些意想不到的结果。

如下面这段代码：

// shm是SynchronizedMap的一个实例
if(shm.containsKey(key)) {
    shm.remove(key)
}  

这段代码用于从map中删除一个元素之前判断是否存在这个元素。这里的containsKey()和remove()方法都是同步的，但是整段代码却不是。

考虑这么一个场景：线程A执行了containsKey()方法返回true，准备执行remove()操作；这时另一个线程B开始执行，同样执行了containsKey()方法返回true，并接着执行了remove()操作；然后线程A接着执行remove操作时发现此时已经没有这个元素了。

要保证上面这个场景下代码按我们的医院工作，一个办法就是对这段代码进行同步控制，但是这付出的代价太大了。在进行迭代时这个问题更加明显。

Map集合共提供了三种方式来分别返回键、值、键值对的集合：

Set<K> keySet();
Collection<V> values();
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();  

在这三个方法基础上，我们一般通过如下方式访问Map的元素：

Iterator keys = map.keySet().iterator();  

while(keys.hasNext()) {
    map.get(keys.next());
}  

在这里，有一个地方需要注意的是：得到的keySet和迭代器都是Map中元素的一个“视图”，而不是“副本”。问题也就出现在这里，当一个线程正在迭代Map中的元素时，另一个线程可能正在修改其中的元素。此时，在迭代元素时就可能抛出ConcurrentModificationException异常。

为了解决这个问题，通常有两种方法：

(1)一是直接返回元素的副本，而不是视图。这个可以通过集合类的toArray()方法实现，但是创建副本的方式效率比之前有所降低，特别是在元素很多的情况下；

(2)另一种方法就是在迭代的时候锁住整个集合，这样的话效率就更低了。

3、更好的选择：ConcurrentHashMap

Java 5中新增了ConcurrentMap接口和它的实现类ConcurrentHashMap。

ConcurrentHashMap提供了和HashTable以及SynchronizedMap中所不同的锁机制。HashTable中采用的锁机制是一次锁住整个hash表，从而同一时刻只能有一个线程对其进行操作；而ConcurrentHashMap中则是一次锁住一个桶。ConcurrentHashMap默认将hash表分为16个桶，诸如get，put，remove等常用操作只锁住当前需要用到的桶。这样，原来只能一个线程进入，现在却能同时有16个写线程执行，并发性能的提升是显而易见的。

上面说到的16个线程指的是写线程，而读操作大部分时候都不需要用到锁。只有在size等操作时才需要锁住整个hash表。

在迭代方面，ConcurrentHashMap使用了一种不同的迭代方式。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是，在改变时new新的数据从而不影响原有的数据，iterator完成后再将头指针替换为新的数据，这样iterator可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变。