- 正确答案：ConcurrentHashMap 和 Hashtable 都是线程安全的哈希表实现，可用于多线程环境。但它们在实现线程安全的方式、性能、锁粒度和功能特性上有显著区别。ConcurrentHashMap 使用分段锁（JDK 1.7）或 CAS + synchronized（JDK 1.8 及以后），而 Hashtable 使用全局 synchronized 方法，导致性能较低。此外，ConcurrentHashMap 允许 null 键和 null 值（不允许），而 Hashtable 不允许；ConcurrentHashMap 提供了更丰富的并发操作方法，如 putIfAbsent、compute 等。 - 解答思路： 1. 明确问题核心：比较 ConcurrentHashMap 与 Hashtable 的异同。 2. 从线程安全机制入手，分析两者如何保证并发安全。 3. 比较性能差异，尤其是锁的粒度对并发效率的影响。 4. 对比 null 值支持、迭代器行为、继承关系等细节。 5. 结合实际应用场景说明为何推荐使用 ConcurrentHashMap 而非 Hashtable。 - 深度知识讲解：一、线程安全机制对比 1. Hashtable - 所有公共方法（如 get、put、remove）都使用 synchronized 关键字修饰。 - 例如：public synchronized V get(Object key) - 这意味着每次调用这些方法时，必须获取整个对象的内置锁（monitor lock）。 - 缺点：所有线程访问任意元素都需要竞争同一把锁，导致高并发下性能极差。 - 锁粒度：全表锁（粗粒度锁） 2. ConcurrentHashMap（以 JDK 1.8 为例） - 放弃了分段锁（Segment）的设计（JDK 1.7 中使用 ReentrantLock 分段加锁） - 改为使用 Node 数组 + 链表/红黑树，并结合 CAS（Compare-And-Swap）和 synchronized 关键字实现细粒度同步。 - synchronized 只作用于链表头节点或红黑树根节点，即只锁住发生冲突的那个桶（bucket），而不是整个 map。 - CAS 用于无锁化地更新头节点（如初始化、插入第一个元素）。 - 锁粒度：桶级锁（细粒度锁）二、数据结构与实现原理 ConcurrentHashMap（JDK 1.8）核心结构： transient volatile Node[] table; Node 类定义如下： static class Node implements Map.Entry { final int hash; final K key; volatile V val; // 值是 volatile，保证可见性 volatile Node next; // 下一个节点也是 volatile } 插入流程简述（putVal 方法关键逻辑）： 1. 计算 key 的 hash 值，确定数组索引 i。 2. 若 table[i] 为空，尝试通过 CAS 操作设置头节点（无锁）。 3. 若 table[i] 不为空，则对该位置的头节点加 synchronized 锁，再进行插入。 4. 当链表长度超过阈值（默认 8）且数组长度大于 64 时，转换为红黑树以提升查找效率。伪代码示意： public V put(K key, V value) { if (key == null || value == null) throw new NullPointerException(); int hash = spread(key.hashCode()); // 扰动函数处理 hash int binCount = 0; for (Node[] tab = table;;) { 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) { if (casTabAt(tab, i, null, new Node(hash, key, value))) break; // 成功插入，退出 } else if ((fh = f.hash) == MOVED) tab = helpTransfer(tab, f); else { V oldVal = null; synchronized (f) { // 只锁当前桶 if (tabAt(tab, i) == f) { if (fh >= 0) { binCount = 1; for (Node e = f;; ++binCount) { K ek; if (e.hash == hash && ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))) { oldVal = e.val; e.val = value; break; } Node pred = e; if ((e = e.next) == null) { pred.next = new Node(hash, key, value); break; } } } // 处理红黑树情况... } } if (binCount != 0) { if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i); return oldVal; } } } addCount(1L, binCount); return null; } 三、主要特性对比表： | 特性 | Hashtable | ConcurrentHashMap | |--------------------------|------------------------------------|----------------------------------------| | 是否线程安全 | 是 | 是 | | 实现方式 | synchronized 方法 | CAS + synchronized（桶级别） | | 锁粒度 | 全表锁 | 桶级锁（细粒度） | | 性能 | 低（高并发下严重阻塞） | 高（支持高并发读写） | | 是否允许 null 键/null 值 | 否（会抛出 NullPointerException） | 否（put(null, ...) 抛空指针异常） | | 继承类 | Dictionary | AbstractMap | | 迭代器是否 fail-fast | 是 | 是（但弱一致性，不抛 ConcurrentModificationException） | | 支持并发操作方法 | 否 | 是（如 putIfAbsent, compute, merge 等）| 四、迭代器行为差异 - Hashtable 的 Iterator 是 fail-fast 的：如果在遍历过程中其他线程修改了 map，会抛出 ConcurrentModificationException。 - ConcurrentHashMap 的 Iterator 是弱一致性的（weakly consistent）： - 不会抛出 ConcurrentModificationException。 - 反映的是某一个时刻的状态，可能不包含后续的修改，也不会重复返回元素。 - 适用于大多数并发场景下的遍历需求。五、为什么淘汰 Hashtable？ - 历史原因：Hashtable 出现在 Java 早期（JDK 1.0），设计简单但性能差。 - 并发包出现后（java.util.concurrent），提供了更高效、更灵活的替代方案。 - 官方文档明确指出：“此类若在新代码中被使用，则应考虑使用 java.util.concurrent.ConcurrentHashMap 来代替。” 六、扩展知识点：ConcurrentHashMap 的扩容机制 - 使用多线程协作扩容（transfer 方法）。 - 每个线程负责迁移一部分 bucket。 - 扩容期间新旧 table 同时存在，通过 ForwardingNode 标记已迁移的桶。 - put/get 操作在遇到 ForwardingNode 时会协助扩容，提高整体效率。七、典型面试追问点 1. 为什么 ConcurrentHashMap 不允许 null 键和 null 值？ - 避免歧义：get(key) 返回 null 时无法判断是 key 不存在还是 value 为 null。 - 在并发环境下这种不确定性会导致逻辑错误。 - 相比之下 HashMap 允许 null，但在单线程中可通过 containsKey 辅助判断。 2. ConcurrentHashMap 如何保证可见性？ - 使用 volatile 修饰 Node 的 val 和 next 字段。 - CAS 操作具有内存屏障语义，确保写操作对其他线程立即可见。 - synchronized 块也提供内存同步效果。 3. 什么是弱一致性迭代器？ - 它不冻结集合状态，而是基于当前视图进行遍历。 - 可能遗漏正在进行的插入操作，但不会崩溃或抛异常。 - 示例代码： ConcurrentHashMap map = new ConcurrentHashMap<>(); map.put("a", 1); map.put("b", 2); for (String k : map.keySet()) { map.put("c", 3); // 允许，不会抛异常 } 总结：尽管 Hashtable 和 ConcurrentHashMap 都实现了线程安全的 Map 接口，但由于 ConcurrentHashMap 在性能、可伸缩性和功能上的巨大优势，现代 Java 开发中应优先选择 ConcurrentHashMap。Hashtable 已被视为遗留类，仅用于兼容老代码。理解其底层实现机制（CAS、synchronized、volatile、红黑树）对于掌握高并发编程至关重要。

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