面试题：Java中HashMap和ConcurrentHashMap在多线程环境下的性能与应用场景分析

Question

在多线程环境下，HashMap和ConcurrentHashMap在性能、线程安全性以及适用场景上有哪些不同？请结合原理进行分析，并举例说明何时应该选择使用ConcurrentHashMap而非HashMap。

Answer 1

性能

• HashMap：在多线程环境下，若多个线程同时对其进行操作（如put操作），可能会导致数据结构的混乱，引发死循环等严重问题。这是因为HashMap在扩容时，多线程操作会使链表形成环。但在单线程环境或线程安全由外部保证的情况下，其性能较好，因为没有额外的同步开销。
• ConcurrentHashMap：采用了分段锁机制（JDK1.7）或CAS算法结合 synchronized 关键字（JDK1.8）。在JDK1.7中，将数据分成多个段（Segment），每个段有独立的锁，不同线程对不同段操作时不会竞争锁，提升了并发性能；JDK1.8中，摒弃了分段锁，采用Node数组 + 链表/红黑树的数据结构，利用CAS和 synchronized 控制并发，进一步提高了性能。不过，由于存在同步控制，其性能相比单线程的HashMap会有一定损耗。

线程安全性

• HashMap：非线程安全，在多线程并发访问时，可能会出现数据不一致等问题，例如一个线程读取数据的同时另一个线程修改数据，可能导致读取到脏数据。
• ConcurrentHashMap：线程安全，通过上述的分段锁或CAS + synchronized机制，允许多个线程同时读，并且允许多个线程同时写不同的段（JDK1.7）或采用更细粒度的控制（JDK1.8），保证了数据的一致性和线程安全。

适用场景

• HashMap：适用于单线程环境或者在多线程环境下，能通过外部同步机制（如使用 Collections.synchronizedMap 对HashMap进行包装）来保证线程安全的场景。例如，在一个单线程运行的小型应用程序中，使用HashMap可以获得较好的性能。
• ConcurrentHashMap：适用于多线程环境下，需要高效并发访问的场景，且不需要像 Hashtable 那样对整个表进行同步。例如，在高并发的服务器应用中，统计用户访问次数等场景，ConcurrentHashMap可以提供较好的并发性能和线程安全。

举例

假设开发一个电商网站，在统计商品浏览量时，多个用户可能同时浏览不同商品，需要对商品浏览量进行并发更新。此时若使用HashMap，在多线程更新浏览量时会出现数据不一致问题。而ConcurrentHashMap可以允许多个线程同时更新不同商品的浏览量，保证数据的准确性和线程安全，所以应选择ConcurrentHashMap。