引言

嘿，大家好，我是小米，一個愛研究技術、也愛講故事的 29 歲大哥哥。

上周我接了一個社招面試，面試官直接拋過來一個問題：“說說 Java 里的 HashMap 和 ConcurrentHashMap 有什么區別？”我心里一緊，心想這不是基礎題嘛，結果我開口解釋了半天，面試官的眼神卻越來越微妙……嗯，這次面試翻車了。

所以，今天我決定好好梳理一下 HashMap 和 ConcurrentHashMap 的區別，希望我的教訓能幫到大家！

開場故事：為什么需要 ConcurrentHashMap？

先想象一個場景：你和朋友們在餐廳點菜，每個人都可以隨時往菜單里加菜。

問題來了：如果兩個人同時修改菜單，服務員可能會拿到一份有問題的訂單，比如一道菜被重復記錄，或者有的菜根本沒加上。

在單線程中，HashMap 這個"菜單"工作得很好。但到了多線程環境中，問題就來了：它本身不是線程安全的，多個線程同時操作會導致數據不一致。

于是，Java 提供了一個改進版的“菜單”——ConcurrentHashMap。不僅線程安全，還能保持一定的性能。

第一回合：結構上的對比

1. HashMap 的結構

HashMap 的底層是由數組和鏈表組成的，Java 8 以后為了提升性能，又在鏈表長度超過一定閾值時將鏈表轉換為紅黑樹。

它的默認容量是 16，每次擴容時會翻倍到 32、64……以此類推。

2. ConcurrentHashMap 的結構

ConcurrentHashMap 的設計比 HashMap 復雜得多。Java 7 時，它使用了 Segment 作為分段鎖的機制。Java 8 之后，Segment 被淘汰，改用了一種基于 CAS（Compare-And-Swap）操作和 Synchronized 鎖的設計。

簡單來說，ConcurrentHashMap 的核心在于 分段和細粒度鎖，它的每個桶（bucket）可以獨立加鎖，從而提高并發性能。

第二回合：線程安全的實現

1. HashMap：線程不安全

HashMap 沒有任何鎖機制，完全是無鎖設計。在多線程情況下，最典型的問題是死循環，例如兩個線程同時觸發擴容操作，導致循環鏈表形成，程序直接掛掉。

2. ConcurrentHashMap：線程安全

ConcurrentHashMap 使用了鎖分段技術來實現線程安全：

• 讀操作：在大多數情況下是無鎖的，因為它使用了 volatile 修飾來保證可見性。
• 寫操作：通過 CAS 操作和 Synchronized 來保證線程安全。

另外，它還有一個巧妙的設計：分段鎖（Segmented Lock）。每個桶對應一個鎖，多個線程可以同時操作不同的桶，避免了全表加鎖的性能損耗。

第三回合：性能的對比

HashMap 的性能很高，因為它根本沒有鎖，單線程環境下表現優秀。但在多線程環境中會產生數據不一致的問題。

ConcurrentHashMap 引入了鎖機制，多線程安全性大大提高，但性能上會稍遜于 HashMap。不過，Java 8 的優化讓它在高并發環境中表現得非常高效。

第四回合：API 的使用差異

其實從使用層面來看，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)：只有當 key 不存在時才插入。
• compute(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：對 key 對應的值進行重新計算。
• merge(K key, V value, BiFunction<? super V, ? super V, ? extends V> remappingFunction)：如果 key 已存在，就用新的 value 與舊值進行合并。

這些增強版方法尤其適合在并發場景中使用。

面試總結：如果再遇到這個問題，我會怎么回答？

“HashMap 和 ConcurrentHashMap 的區別可以從以下幾個方面來看：”

1、線程安全性：

• HashMap 是線程不安全的，在多線程環境中不能直接使用。
• ConcurrentHashMap 是線程安全的，通過分段鎖和 CAS 實現高效并發。

2、底層結構：

• HashMap 使用數組+鏈表/紅黑樹。
• ConcurrentHashMap 使用分段結構，每個桶獨立加鎖。

3、并發性能：

• HashMap 在單線程環境中性能最佳。
• ConcurrentHashMap 在多線程環境中表現優異，尤其適合高并發場景。

4、API 支持：

• ConcurrentHashMap 增強了線程安全的 API，如 putIfAbsent、compute 和 merge。

結尾感悟：面試翻車也是成長的機會

雖然那次面試沒通過，但這個問題讓我有了更深的認識，也提醒我：技術上的基礎知識不能掉以輕心。