之前的文章《HashMap源码详解》中我们已经结合Java1.8中HashMap的源码对数据结构、数据存取、数据写入、扩容等操作进行了详细的梳理。
而HashMap又是HashSet、HashTable、ConcurrentHashMap这三种数据结构的基础。今天的文章我们就在《HashMap源码详解》的基础上，介绍HashSet、HashTable、ConcurrentHashMap的源码，并比较他们与HashMap的异同。
1 HashTable
HashTable和HashMap的关系最近，可以认为是HashMap的线程安全版本。
我们仍然以Java1.8为例，对HashTable进行分析后发现，其读、写、扩容等操作与HashMap基本一致，但是所有方法都增加了synchronized关键词的修饰，将其变为了同步方法。
1.1 源码分析
我们不再对所有的方法的源码进行一一分析，仅以put方法为例，进行介绍。其供外部公开调用的put方法如下：
public synchronized V put(K key, V value) {
// 不允许插入null
if (value == null) {
throw new NullPointerException();
}
// 这里要确认要插入的元素不是已经存在在动态数组中
Entry<?,?> tab[] = table;
// 根据hash计算要插入元素的位置
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> entry = (Entry<K,V>)tab[index];
for(; entry != null ; entry = entry.next) {
if ((entry.hash == hash) && entry.key.equals(key)) {
V old = entry.value;
entry.value = value;
return old;
}
}
// 要插入的元素之前在动态数组中不存在，开始真正插入操作
addEntry(hash, key, value, index);
return null;
}
对比《HashMap源码详解》中我们分析的HashMap的源码，我们主要发现了两点不同。
一是在进行真正插入前判断了要插入的元素在HashTable中不存在。在HashMap中其实也进行了对应的操作，只是将其放入了插入操作的子函数中，因此这点差异可以忽略。
二是在计算插入元素key的index时，相关的哈希值和位置计算并没有抽成一个子方法。这主要是：
- 因为如果抽成一个同步子方法，那该子方法的操作频率非常高，会使得操作经常阻塞在这里，影响性能。
- 如果抽成一个非同步子方法，则不同方法调用时可能导致并发问题。
因此，最好的办法就是每个方法中都写一遍，这是一种用空间换取性能的办法。
好了，我们继续看真正的插入方法：
private void addEntry(int hash, K key, V value, int index) {
// 类似版本号
modCount++;
Entry<?,?> tab[] = table;
if (count >= threshold) {
// Rehash the table if the threshold is exceeded
rehash();
tab = table;
hash = key.hashCode();
index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
}
// Creates the new entry.
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) tab[index];
tab[index] = new Entry<>(hash, key, value, e);
count++;
}
其中modCount类似于版本号，这是供悲观锁使用的。即如果在遍历过程中发现modCount改变，程序会报错。
count是存储元素的总数。用来作为扩容等操作的依据。
其他地方和HashMap操作一致。
1.2 对比
HashTable和HashMap的区别主要有：
- HashMap是非线程安全的，HashTable是线程安全的。HashTable实现线程安全的办法是在方法上加同步锁，因此性能更差。
- HashMap允许插入null值，而HashTable不允许。插入null时，HashTable会抛出NullPointerException。
- HashMap默认初始化数组大小是16，HashTable的默认初始化数组大小是11。HashMap扩容容量变为2n，HashTable扩容时容量变为2n+1，这样元素分布更为均匀。
2 ConcurrentHashMap
因为HashTable是基于同步方法实现的线程安全，其效率很低，因此基本很少使用。而HashMap又不支持并发操作。那并发时大家都使用什么呢？就是我们这节所讲的ConcurrentHashMap。
HashTable中的同步方法实际上是对整个HashTable对象加锁，任何操作都会锁住整个对象。这样，当操作变多时，或者HashTable变大时，性能会很差。
而ConcurrentHashMap则采用了另外一种思路，它对整个数组进行了分段。然后对每一个小段进行同步保护，每次加锁只加给一小段数据加锁，那么只要多个操作分布在不同的段上，就可以安全地并发进行。因此提高了性能。
2.1 源码分析
ConcurrentHashMap的源码比较复杂，但是与HashMap的思路相似，再次基础上增加了分段（Segment），默认的分段数是16。也就是最多能够支持16个并发，即16个操作分别操作不同的段不会引发冲突和阻塞。而且，该分段数目一经初始化使用后，不允许在修改。
而每个分段内，则更像是一个HashMap。其初始化、扩容等操作都是针对于每个分段内而言的，每个分段内的数组独立扩容，大小可能各不相同，因此，整体而言ConcurrentHashMap是一组聚集在一起的HashMap。
而在进行插入、读取操作时，都是先找到对应的分段，然后在分段内进行操作。分段内的操作就类似于HashMap了，具体参考《HashMap源码详解》，我们不再重复讲解。
2.2 特点
我们对ConcurrentHashMap的特点进行总结：
- 是线程安全的。并且内部采用分段加锁的策略，其效率比HashTable要高。
- 和HashTable一样，不允许存入null值。
3 HashSet
为什么分析HashMap和相关Map却说道了HashSet？因为HashSet是基于HashMap实现的！
首先，我们看到HashMap中先引入了一个HashMap：
private transient HashMap<E,Object> map;
我们在HashSet中存入的值实际上是存入在了HashMap的key位置，而value处就填入下面的对象：
private static final Object PRESENT = new Object();
看一下HashSet的初始化方法：
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}
就是创建HashMap。所以其他的操作也都是基于HashMap进行的。我们就不再细讲了。
4 总结
本文我们在之前HashMap的基础上，分析了HashTable、ConcurrentHashMap、HashSet的源码，并总结了他们各自的特点：
- HashTable是线程安全的。原理是在方法上加同步锁，因此性能更差。
- ConcurrentHashMap是线程安全的。并且内部采用分段加锁的策略，其效率比HashTable要高。
- HashSet是基于HashMap实现的。
