Hashmap vs Hashtable vs __**ConcurrentHashMap**__

목차

1. 개요

2. HashTable

3. HashMap

4. ConcurrentHashMap

   4-1. 동기화처리 방식

5. HashMap vs HashTable vs ConcurrentHashMap

6. 결론

1. 개요

Hashtable, HashMap, ConcurrentHashMap 모두 Map 인터페이스를 구현한 컬렉션들이다.

기본적으로 key와 value구조를 가지게 되는데 서로 어떤 차이가 있는지 구현체를 비교해보자.

2. Hashtable

• (key, value) Null 허용 X

• 동기화보장 O

• Hashtable은 thread-safe하며 데이터를 다루는 메소드인 get, put, remove 등 과 같은 메소드들이 아래 코드 처럼 synchronized가 붙은 메소드로 이루어져있다. 메소드를 호출하기전에 쓰레드간 락을 걸기에 멀티쓰레드 환경에서 무결성은 보장하지만 성능상 매우 좋지 못해 잘 사용하지 않는 클래스이다.

public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V> 
    implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {

	public synchronized V get(Object key) { ...	}

	public synchronized V put(K key, V value) { ...	}

	public synchronized V remove(Object key) { ... }
}

3. HashMap

• (key, value) Null 허용 O

• 동기화보장 X

• HashMap은 thread-safe하지 않고 동기화 처리를 하지 않기 때문에 데이터를 다루는 속도가 빠르다. hashtable과 달리 신뢰성과 안정성이 떨어져 싱글 쓰레드 환경에서 사용하는게 좋다.

public class HashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V>, Cloneable, Serializable {

	public V get(Object key) { ... }

	public V put(K key, V value) { ... }

	public V remove(Object key) { ... }
}

4. ConcurrentHashMap

• (key, value) Null 허용 X

• 동기화보장 O

• Hashtable은 성능이슈와 HashMap의 동기화 문제를 보완하기 위해 ConcurrentHashMap이 등장했다. 데이터를 다룰때 Entry를 조작하는 경우에 해당 Entry에 대해서만 락을 건다. 그래서 멀티쓰레드 환경에서의 성능을 향상시킨다.

4-1. 동기화처리 방식

• ConcurrentHashMap의 값을 집어 넣는 put동작 내부를 봐보자.

• 크게 2가지를 나누어서 살펴보면,

1. 해시테이블 버킷이 비어있다면, 노드를 삽입하는 경우에, lock을 사용하지 않고 CAS알고리즘을 이용해 새로운 노드로 버킷에 삽입한다.

(1) 무한 루프. table 은 내부적으로 관리하는 가변 배열이다. 해당 노드를 보면 val과 다음 값을 가리키는 next에 volatile이라는 키워드를 확인 할 수 있다.

(2) 새로운 노드를 삽입하기 위해, 해당 버킷 값을 가져와(tabAt 함수) 비어 있는지 확인한다.

(3) 다시 Node 를 담고 있는 volatile 변수에 접근하여 Node 와 기대값(null) 을 비교하여(casTabAt 함수) 같으면 새로운 Node 를 생성해 넣고, 아니면 (1)번으로 돌아간다(재시도).

volatile변수에 2번 접근하는 동안 원자성(atomic)을 보장하기 위해 기대되는 값과 비교(Compare)하여 맞는 경우에 새로운 노드를 넣는다(Swap).

CAS 구현은 java.util.concurrent.atomic 패키지의Atomic* 클래스들과 동일하게 내부적으로 sun.misc.Unsafe을 사용하고있다. (Unsafe 는 jdk11 부터 없어 졌다고 한다.)

2. 해시테이블 버킷이 비어있지 않다면, synchronized를 이용해 해당 버킷에 하나의 쓰레드만 접근할 수 있도록 락을 건다.

즉, 서로 다른 쓰레드가 같은 해시테이블내 버킷에 접근할 수 없게 된다.

• synchronized 안의 로직은 HashMap 과 비슷한 로직이다. 동일한 Key 이면 Node 를 새로운 노드로 바꾸고, 해시 충돌(hash collision) 인 경우에는 Separate Chaining 에 추가 하거나 TreeNode 에 추가한다. TREEIFY_THRESHOLD  값에 따라 체이닝을 트리로 바꾼다.

5. HashMap vs HashTable vs ConcurrentHashMap

	HashMap	HashTable	ConcurrentHashMap
Synchronized	X	모든 연산에 Synchronized	쓰기 연산에만 Synchronized
key, value Null 허용	O	X	X
언제 사용해야하나	싱글쓰레드 환경	legacy클래스이므로 추천하지 않는다.	멀티쓰레드 환경

6. 결론

• 위의 표처럼 간단하게 HashMap, HashTable, ConcurrentHashMap에 대한 차이를 비교하였다

• ConcurrentHashMap같은 경우는 자바에서 동시성 문제를 해결하기 위한 대표적인 키워드인 synchronized, volatile, atomic 키워드를 다 사용한 클래스이다. 이 키워드를 자세히 알고 싶다면 이 링크(https://github.com/Jammini/TIL/blob/master/java/java_ concurrency.md)로 이동해서 확인해보자

• 싱글쓰레드 환경이면 HashMap을 멀티쓰레드 환경이면 ConcurrentHashMap을 사용 하자.

참고

• https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2021-11-26-hashmap-hashtable-concurrenthashmap/

• https://pplenty.tistory.com/17

• https://github.com/Jammini/TIL/blob/master/java/java_ concurrency.md