- 正确答案：HashMap 是 Java 中基于哈希表实现的非线程安全的集合类，用于存储键值对（key-value），允许 null 键和 null 值；ConcurrentHashMap 也是基于哈希表的线程安全的映射实现，不允许 null 键或 null 值。两者都采用拉链法解决哈希冲突，在 JDK 8 及以后版本中，当链表长度超过阈值时会转换为红黑树以提升性能。 - 解答思路：首先明确 HashMap 和 ConcurrentHashMap 的基本用途和区别，重点在于线程安全性、并发控制机制、性能表现以及底层结构。然后从数据结构、线程安全实现方式、扩容机制、null 值支持等方面进行对比分析。最后结合使用场景说明何时选择哪个类。 - 深度知识讲解： 1. 底层数据结构： - 两者在 JDK 8+ 都采用“数组 + 链表 + 红黑树”的结构。 - 初始是一个 Node 数组（table），每个桶（bucket）存放链表头节点。 - 当链表长度大于等于 8 且当前数组长度 >= 64 时，链表转为红黑树；小于 6 时退化回链表。 - 节点类型：Node（普通链表节点）、TreeNode（红黑树节点）、ForwardingNode（扩容期间的占位节点）等。 2. HashMap 的线程不安全性体现在： - 多线程环境下 put 操作可能导致链表成环（JDK 7 扩容时头插法导致死循环）； - 数据覆盖、丢失更新； - fail-fast 机制：迭代过程中被修改会抛出 ConcurrentModificationException。 3. ConcurrentHashMap 如何实现线程安全？ - 不使用全局锁，而是采用分段锁机制 + CAS + volatile 的组合策略。 - 在 JDK 7 中使用 Segment 分段锁：将整个 map 分为多个 segment，每个 segment 相当于一个小型 hashtable，继承 ReentrantLock，put 时锁住对应 segment。 - 在 JDK 8 中彻底重构：放弃 Segment，改用 synchronized + CAS 控制单个桶的并发访问。 - 对于数组中的每一个桶（即 table[i]），首次插入时使用 CAS 设置头节点； - 后续操作使用 synchronized 锁住该桶的头节点（如果是链表就是第一个节点，如果是红黑树就是根节点）； - 这样粒度更细，只锁住发生冲突的桶，提高了并发度。 4. 扩容机制（JDK 8 中两者的差异）： - HashMap：单线程扩容，rehash 整个 table，容易造成性能瓶颈。 - ConcurrentHashMap：支持多线程协助扩容！ - 使用 sizeCtl 控制状态：负值表示正在初始化或扩容； - 扩容时创建新 table，长度翻倍； - 引入 transferIndex 字段标记未分配的迁移任务区间； - 多个线程可以协同搬运旧 table 中的数据到新 table； - 每个线程领取一段索引范围执行迁移任务； - 扩容期间插入操作也会触发帮助扩容（helpTransfer）； - 使用 ForwardingNode 作为桶的临时标记，表示该桶已迁移或正在迁移。 5. null 值限制： - HashMap 允许一个 null 键和多个 null 值； - ConcurrentHashMap 不允许 null 键或 null 值； - 原因是：如果允许 null，无法判断 get 返回 null 是因为 key 不存在还是 value 为 null，在并发环境下语义模糊，易引发歧义。 6. 性能对比： - 单线程下 HashMap 性能最优； - 多线程环境下 ConcurrentHashMap 明显优于 synchronized 包装的 HashMap（如 Collections.synchronizedMap(new HashMap())）； - ConcurrentHashMap 在高并发读多写少场景下表现优异。 7. 关键变量与方法解析（ConcurrentHashMap JDK 8）： - transient volatile int sizeCtl： - 默认 0； - -1 表示正在初始化； - 小于 -1 表示正在进行扩容（代表扩容线程数）； - 正数表示下次扩容阈值。 - transient volatile Node[] table：主哈希表。 - private transient volatile TableStack stack：用于扩容时保存迁移状态。 - 代码示例（简化版 put 流程伪代码）： ``` // ConcurrentHashMap put 方法核心逻辑伪代码 final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); int hash = spread(key.hashCode()); // 让高位也参与运算 int binCount = 0; Node[] tab = table; for (;;) { Node f; int n, i, fh; if (tab == null || (n = tab.length) == 0) tab = initTable(); // CAS 初始化 else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { // 桶为空，尝试 CAS 插入 if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value, null))) break; } else if ((fh = f.hash) == MOVED) { // 当前桶正在迁移，协助扩容 tab = helpTransfer(tab, f); } else { // 桶有元素，加锁处理（synchronized on first node） synchronized (f) { if (tabAt(tab, i) == f) { if (fh >= 0) { // 链表 binCount = 1; for (Node e = f;; ++binCount) { K ek; if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { V oldVal = e.val; if (!onlyIfAbsent || oldVal == null) e.val = value; break; } Node pred = e; if ((e = e.next) == null) { pred.next = new Node(hash, key, value, null); break; } } } else if (f instanceof TreeBin) { // 红黑树 // 类似逻辑，调用 putTreeVal } } } if (binCount != 0) { if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); // 尝试转红黑树 break; } } } addCount(1L, binCount); // 更新元素总数，并检查是否需要扩容 return null; } ``` - 扩展知识点： 1. CAS（Compare and Swap）：无锁编程基础，通过硬件指令保证原子性，常用于轻量级同步。 2. volatile 的作用：保证可见性和禁止指令重排，在 ConcurrentHashMap 中用于确保 table、sizeCtl 等关键字段的线程可见性。 3. Unsafe 类：ConcurrentHashMap 内部大量使用 Unsafe 提供的原子操作，如 tabAt、casTabAt、setTabAt，这些方法基于内存偏移地址进行读写。 4. 并发容器设计哲学：减少锁竞争，提高吞吐量。ConcurrentHashMap 是典型的“乐观锁 + 细粒度锁”思想的实践。 5. 实际应用建议： - 单线程环境优先使用 HashMap； - 多线程环境避免使用 synchronized Map，推荐 ConcurrentHashMap； - 注意不要滥用 ConcurrentHashMap，若仅需同步遍历可用 Collections.synchronizedMap； - 若涉及复合操作（如 check-then-act），仍需外部同步。总结：HashMap 和 ConcurrentHashMap 的本质区别在于并发控制策略。HashMap 是简单高效的非线程安全实现，适合单线程或外部同步场景；ConcurrentHashMap 通过精细化的锁机制（synchronized + CAS）实现了高性能的线程安全，适用于高并发读写场景，是现代 Java 并发编程的重要工具之一。

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