Java HashMap和ConcurrentHashMap知识点梳理

1. jdk 8 HashMap 扩容之后旧元素存放位置是？
   
   java 在扩容的时候会创建一个新的 Node<K,V>[]，用于存放扩容之后的值，并将旧的Node数组（其大小记作n）置空；至于旧值移动到新的节点的时候存放于哪个节点是根据 (e.hash & oldCap) == 0 来判断的：
   
   ① 等于0时，则将其索引位置h不变;
   
   ② 不等于0时，则将该节点在新数组的索引位置等于原索引位置加上旧数组长度。

2. 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？
   
   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 synchronized 关键字加锁的原理（就是对对象加锁）；而针对 ConcurrentHashMap，在 JDK 7 中采用分段锁的方式，而JDK 8 中直接采用了CAS（无锁算法）+ synchronized。

3. HashMap & ConcurrentHashMap 的区别？
   
   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。

4. 为什么 ConcurrentHashMap 比 Hashtable 效率要高？
   
   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导致阻塞；而ConcurrentHashMap降低了锁粒度。ConcurrentHashMap在JDK 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。在JDK 8 中，使用 CAS + synchronized + Node + 红黑树，锁粒度为Node（首结点）（实现 Map.Entry）。

5. ConcurrentHashMap 在 JDK 8 中，为什么要使用内置锁 synchronized 来代替重入锁 ReentrantLock？
   
   ①、粒度降低了；
   
   ②、JVM 开发团队没有放弃 synchronized，而且基于 JVM 的 synchronized 优化空间更大，更加自然。
   
   ③、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。

6. ConcurrentHashMap 的并发度是什么？
   
   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）

7. ConcurrentHashMap 加锁机制
   
   它加锁的场景分为两种：
   
   1、没有发生hash冲突的时候，添加元素的位置在数组中是空的，使用CAS的方式来加入元素，这里加锁的粒度是数组中的元素。
   
   2、如果出现了hash冲突，添加的元素的位置在数组中已经有了值，那么又存在三种情况。
   
   （1）key相同，则用新的元素覆盖旧的元素。
   
   （2）如果数组中的元素是链表的形式，那么将新的元素挂载在链表尾部。
   
   （3）如果数组中的元素是红黑树的形式，那么将新的元素加入到红黑树。
   
   第二种场景使用的是synchronized加锁，锁住的对象就是链表头节点（红黑树的根节点）
   
   ，加锁的粒度和第一种情况相同。
   
   结论：ConcurrentHashMap分段加锁机制其实锁住的就是数组中的元素，当操作数组中不同的元素时，是不会产生竞争的。

8. ConcurrentHashMap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> 如果没有哈希冲突就直接 CAS 无锁插入；
   
   3> 如果需要扩容，就先进行扩容；
   
   4> 如果存在哈希冲突，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> 如果该链表长度大于阀值 8（且数组中元素数量大于64），就要先转换成红黑树的结构。

9. 下⾯这个⽅法保证了 HashMap 总是使⽤ 2 的幂作为哈希表的⼤⼩。
   
   /**
   
   * Returns a power of two size for the given target capacity.
   
   */
   
   static final int tableSizeFor(int cap) {
   
   int n = -1 >>> Integer.numberOfLeadingZeros(cap - 1);
   
   return (n < 0) ? 1 : (n >= MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n + 1;
   
   }

10. HashMap红黑树退化为链表的阈值为什么是6？
    
    为了避免频繁地进行链表和红黑树的转化。

11. ConcurrentHashMap get操作需要加锁吗？线程安全吗？
    
    get 方法不需要加锁。因为 Node 的元素 value 和指针 next 是用 volatile 修饰的，在多线程环境下线程A修改节点的 value 或者新增节点的时候是对线程B可见的。这也是它比其它并发集合比如 Hashtable、用 Collections.synchronizedMap()包装的 HashMap 效率高的原因之一。