- 正确答案：HashMap 和 ConcurrentHashMap 都是 Java 中用于存储键值对的集合类，但它们在并发处理、线程安全性和性能方面有显著区别。HashMap 是非线程安全的，适用于单线程环境；而 ConcurrentHashMap 是线程安全的，专为高并发场景设计，允许多个线程同时读写而不引起数据不一致。 - 解答思路： 1. 先明确 HashMap 的基本结构和特性：基于哈希表实现，允许 null 键和 null 值，不保证线程安全。 2. 分析其在多线程环境下可能出现的问题，如死循环（JDK 1.7 头插法导致链表成环）、数据覆盖等。 3. 引出线程安全的替代方案：ConcurrentHashMap。 4. 介绍 ConcurrentHashMap 的设计目标：在保证线程安全的同时，提供比 synchronizedMap 更高的并发性能。 5. 从底层结构、锁机制、扩容机制等方面对比两者差异。 - 深度知识讲解：一、HashMap 底层原理（以 JDK 8 为例）： - 数据结构：数组 + 链表（当链表长度 > 8 且数组长度 >= 64 时转为红黑树） - 存储过程： 1. 计算 key 的 hashCode() 2. 通过 hash() 方法二次散列，减少碰撞 3. 根据 (n - 1) & hash 确定桶下标 4. 若桶为空则直接插入，否则遍历链表或红黑树插入 - 扩容机制：负载因子默认 0.75，当元素数量超过 threshold = capacity * loadFactor 时触发扩容，容量翻倍。 - 线程不安全原因： - 多线程 put 可能导致节点丢失（A、B 同时判断某个位置为空，都进行插入） - 扩容期间多个线程同时 resize，在 JDK 1.7 中使用头插法会导致链表反转形成环，从而 get 时无限循环；JDK 8 改为尾插法避免此问题，但仍存在数据覆盖风险二、ConcurrentHashMap 设计演进： - JDK 1.7：采用分段锁 Segment 继承 ReentrantLock，将整个哈希表分成多个段，每个段独立加锁，提高了并发度。 - 结构：Segment 数组 + HashEntry 数组 - 并发度由 initialCapacity 和 concurrencyLevel 决定 - 缺点：Segment 固定，扩展性差，内存占用高 - JDK 1.8：摒弃 Segment，改用 CAS + synchronized 实现更细粒度的同步 - 结构：Node 数组（与 HashMap 类似），使用 volatile 修饰关键字段保证可见性 - 加锁方式：只对数组中的单个桶（即链表/红黑树的头节点）加 synchronized 锁 - CAS 操作：用于初始化数组、设置 sizeCtl 控制变量、插入第一个节点等 - sizeCtl 含义： - -1：表示正在初始化 - -(1 + n)：表示有 n 个线程正在参与扩容 - 0：默认值，未初始化 - 正数：下次扩容阈值或初始容量三、核心操作对比： 1. put 操作（ConcurrentHashMap JDK 8）： - 如果 table 为空，先通过 CAS 初始化 - 定位桶位置，若为空，则用 CAS 插入新节点 - 若该桶正在被其他线程扩容（f instanceof ForwardingNode），则当前线程协助扩容 - 否则对该桶头节点加 synchronized 锁，插入节点并检查是否需要树化 - 更新元素计数，并可能触发扩容 2. get 操作： - 不加锁！直接通过 volatile 读取 Node 数组 - 计算 hash 找到桶位置，遍历链表或红黑树查找 - 因为 Node 的 val 和 next 都是 volatile 的，保证了可见性 3. 扩容机制（transfer）： - 多线程协作扩容：一个线程开始扩容后，其他线程可以通过检测到 forwarding node 而主动加入帮助扩容 - 使用 transferIndex 记录剩余待分配的桶区间 - 每个线程领取一段 bucket 区间进行迁移 - 迁移完成后置为 ForwardingNode，表示该桶已迁移完成四、重要属性与类定义（伪代码）： ``` class ConcurrentHashMap { transient volatile Node[] table; // 主数组 private transient volatile int sizeCtl; // 控制标识符 static class Node implements Map.Entry { final int hash; final K key; volatile V val; // 值可见 volatile Node next;// 下一个节点可见 } static final class ForwardingNode extends Node { final Node[] nextTable; // 指向新表 ForwardingNode(Node[] tab) { super(MOVED, null, null, null); this.nextTable = tab; } } } ``` 五、常见面试考点延伸： 1. 为什么 ConcurrentHashMap 不允许 null 键？ - 因为 get 返回 null 无法判断是没找到还是值为 null，这在并发环境下会造成歧义。而 HashMap 单线程中可通过 containsKey 辅助判断。 2. ConcurrentHashMap 如何保证复合操作的原子性？ - 提供 putIfAbsent、compute、merge 等原子方法 - 例如 merge(key, value, Function)：如果 key 不存在则插入 value；存在则按函数合并旧值和新值 3. size() 方法如何实现？ - JDK 8 不再维护精确的 count 变量，而是通过 baseCount 和 CounterCell 数组（类似 LongAdder）统计 - 多线程更新时，优先尝试 CAS 修改 baseCount，失败则进入 CounterCell 分段累加 - size() = sum(CounterCell) + baseCount 4. 与 Collections.synchronizedMap(new HashMap()) 的区别？ - synchronizedMap 对所有操作加同一把锁，串行执行，吞吐量低 - ConcurrentHashMap 锁粒度更细，支持并发读写，性能更好六、典型应用场景： - 缓存系统：如本地缓存 ConcurrentMap - 计数器：高频增删改查场景下的统计汇总 - 并发任务调度：记录任务状态映射 - 分布式协调中间件中的本地元数据管理总结： HashMap 适合单线程快速存取，强调性能； ConcurrentHashMap 专为并发设计，通过 CAS + synchronized + volatile + 多线程协作扩容等技术手段，在保证线程安全的前提下尽可能提升并发效率，是高并发程序中的首选线程安全 Map 实现。理解其底层原理有助于写出高效稳定的并发代码，并能在面试中展现出扎实的技术功底。

日常实习-字节飞书后端一面45min

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