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最近几天发现服务器…背景
今天数据采集项目碰到一个性能问题3000多个采集点每一个采集点每秒送一个数据接收到数据之后首先需要内存中做缓存之后有一系列的业务分析处理所以对系统性能要求比较高。
最近几天发现服务器cpu大多时间都在100%以上所以就重点分析了缓存方案确实是缓存方案有问题修改之后初步验证cpu降低到50%左右更换了第二个缓存方案之后cpu降低到了大概30%左右。
所以不同的缓存方案对于高并发场景下应用性能的影响还是蛮大的。
java中的缓存大部分都是通过HashMap实现的突然想到之前就记录过HashMap学习笔记找了半天才找到差点丢了重新找回来做个记录。
搞一个Map学习系列从HashMap开始。
认识HashMap
HashMap是java中应用最广的集合类之一以key/value(键值对的方式保存数据。
你可以把HashMap叫做集合类也可以把它叫做容器java中许多容器框架比如Spring其实好多都是用HashMap来存储数据的。
当然java秉承“一切都是对象”HashMap中存储的当然也是对象只不过是以“键值”对组成的对象。
HashMap继承自AbstractMap并实现了Map接口。所以想要彻底搞懂HashMap还是需要先从Map接口、以及AbstractMap入手。
Map接口
其实Map接口没啥东西接口而已。定义了size()、isEmpty()、get()、put()、containsKey()、containsValue()…等通用的Map类方法。
相对重要一点的是Map接口定义了一个EntryK,V内部接口这个Entry其实就是Map包含的对象不同的Map的实现类会有不同的实现。
Map接口也实现了几个方法具体暂时就不详细分析了这其实是一个很好的针对“接口是否可以实现方法”这个问题的很好的答案。
AbstractMap抽象类
AbstractMap抽象类实现了Map接口具体化了部分Map接口定义的方法。
实现了一个叫SimpleEntry的Entry就是Map接口中定义的内部接口还有一个叫SimpleImmutableEntry的Entry。
暂且不表不影响主题识别HashMap真面目。
HashMap的数据结构
回过头来再继续研究HashMap首先识别HashMap的数据结构我们先从简单的入手一步一步抽丝剥茧、先易后难逐步研究。
首先来认识一下Node。 Node是Entry的实现数据结构非常简单 final int hash;final K key;V value;NodeK,V next;哈希值、key、vaue以及指向下一节点的简单的链表结构。
HashMap桶内Node链表容量增大之后会自动修改简单链表结构为红黑树本篇暂不研究红黑树。
table数组 table数组是HashMap真正存储数据的地方所以说白了HashMap底层实际上还是数组。
不过HashMap的table是比较特殊的数组数组内的每一个对象其实就是我们常说的桶桶内装的是NodeK,V对象也就是我们放置到HashMap中的键值对。
HashMap的初始化
HashMap提供了几个不同的初始化方法区别无非就是有没有初始化容量大小、有没有初始化对象、有没有初始化的loadFactor和threshold。
这几个概念需要我们一个个慢慢去了解。 容量 就是HashMap中table数组的大小HashMap的容量是2的n次方初始化不设置容量的话默认16初始化如果设置了 initialCapacity 的话则HashMap的容量是最接近initialCapacity并且大于initialCapacity的2的整数次幂比如initialCapacity设置为3,4,5则HaspMap最终容量为8设置为9,10,11…则HashMap的最终容量为16以此类推。 这个容量计算是通过tableSizeFor方法实现的我们暂时按下好奇心这个方法为什么能实现大于输入参数cap的最近的2的整数次幂。
static final int tableSizeFor(int cap) {int n cap - 1;n | n 1;n | n 2;n | n 4;n | n 8;n | n 16;return (n 0) ? 1 : (n MAXIMUM_CAPACITY) ? MAXIMUM_CAPACITY : n 1;}loadFactor 直译为装载因子意译为扩容因子初始值设置为0.75。threshold threshold是扩容阈值HashMap的容量loadFactorthreshold。当HashMap存放对象的数量增长到threshold的时候进行扩容。 比如HashMap初始化容量为16默认loadFactor为0.75则threshold160.7512。则当HashMap存储对象的数量size大于12的时候HaspMap调用resize()方法自动扩容。 4.size 可以通过调用size()方法获取到HashMap内实际存放的对象数。我们如果要想搞清楚HashMap的真面目最好能对size和容量Capacity有清楚的认识。size是对应用很有价值的数据我们开发过程中所说的一个HashMap的大小其实指的就是size。而Capacity对应用来说没有什么意义只是HashMap内部使用的概念只对那些对HashMap内部结构有兴趣、想要研究清楚其工作机制的同学有意义。
###HashMap赋值 HashMap的赋值逻辑如下假设待存放的数据为ekey1,value1
检查table数组为空的话初始化指定容量或者默认容量的table数组根据key1的哈希值计算得出算法为容量 - 1 hash(key1)对应的桶。这一步很重要一般来讲优秀的hash算法能够尽可能确保不同的key值得到不同的hash值也就可以确保放入不同的桶内。但是不可避免的可能会存在不同key值得到相同hash值的情况hash冲突key1key2,hash(key1)hash(key2)这种情况下就会放置在相同的桶比如table[5]内。得到桶之后判断桶内是否已经有数据。没有数据则直接new一个NodenewNode(hash, key1, value1, null)放在桶中结束。否则桶内有数据有两种情况一是为键值key1重复赋值、二是hash冲突。如果是hash冲突则new一个NodenewNode(hash, key1, value1, null)并将其设置为桶内的最后一个Node。如果是重复赋值桶内数据的key值key1则为key1重新赋值value1并返回key1的旧值
所以我们可以看到针对key而言HashMap不重复意思是说相同的key只在HashMap中只保留一份数据。
并且一般情况下HashMap的一个桶内只保留一个对象只有在hash冲突发生了之后桶内才有可能放置多于一个对象以链表结构保存。
HashMap中的null对象
此处null对象指的是HashMap中的key值为null的Node对象。
大家都知道HashMap允许且仅能存储keynull的一个对象比如代码 HashMap hmString,String new HashMap();hm.put(null,its null);hm.put(null,i am null);hm.put(null,null loves null);最终hm容器中只有一个null对象并且hm.get(null)得到的应该是 “null loaves null”。
这背后的原因可以从上述HashMap赋值逻辑中找到答案你只要知道null的hash值是0就可轻易得出以上结论。
从HashMap获取数据
通过getkey方法获取数据的逻辑如下假设要获取的数据keykey1
table数组不为空并且数组长度大于0则采用与put数据相同的算法得到key1值对应的桶。桶内不空则从第一个节点开始检查如果节点key值等于key1则返回该节点的value。如果第一个节点不满足条件则依次检查桶内所有其他节点。桶内空或者桶内不空但是没有找到满足条件的对象应该不可能则返回null表明当前HashMap中不存在key值为key1的对象
需要注意的一点是检查节点key值等于key1的逻辑是 两个对象相等或者两个对象不为null且key1.equals(key)。
好了以上相信已经能够揭开HashMap神秘面纱之一角了。
