202510|技术日志

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HashMap null key

HashMap 允许 null key 的存在

因为早期HashTable不支持，HashMap作为HashTable的后续替代方案，在设计结构上引入了对null key的支持

HashMap在计算null key的散列函数时默认会将null key永远设置在0号桶，也正因此HashMap只允许一个null key

虽然map.put(null, null)是一个合法操作，但是不推荐。因为会导致get(null)仍然返回null，而一般情况我们使用 map ，如果返回null就下意识的认为key不存在，在上面描述的这种情况下，key存在，只是key和value都为null；

因此判断key是否存在的最佳实践是：应当使用map.containsKey()

单核CPU支持多线程吗

单核CPU是支持的，在程序执行时底层通过操作系统时间片轮转的方式，把CPU的时间片分给不同的线程执行。

由于现代CPU的处理速度一般都比较快，虽然受限于单个核心，同一个时间只能执行一个线程，但是可以快速在多个线程之间进行切换，给我们一种多个任务在同时执行的”多线程”的感觉

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操作系统线程调度方案

线程调度是 操作系统 管理 程序线程执行顺序 以及 系统整体资源 的一个重要机制。

主要可以分为两种调度方案：

• 非抢占式调度：任务必须主动让出CPU执行权，否则会一直占用CPU。也就是线程执行完毕后，主动通知系统切换到另一个线程
• 抢占式调度：操作系统调度器来统一控制CPU的执行权，调度器可以强制中断CPU对于当前任务的处理，将CPU分配给更高优先级的任务

对比

	抢占式	非抢占式（协同式调度）
切换机制	调度器强制中断	任务主动让出
资源开销	存在线程上下文切换开销	不存在线程上下文切换
死锁饥饿风险	低，调度器可介入干预	高，可能一直占用CPU资源
适用场景	对响应时间敏感的实时性场景，如现代操作系统；多线程编程场景	资源有限、协程或事件驱动框架

常见的抢占式调度机制

优先级调度：高优先级线程优先执行，Windows的线程调度使用的就是这个机制

时间片轮转：OS决定每个线程分配到固定时间片轮流执行

短任务优先：短任务可以抢占长任务的CPU执行权

单核多线程最佳实践场景

单核多线程适合IO密集型场景，而多核更适用于CPU密集型计算场景。

因为IO密集型的任务，CPU利用率低，更多时间是在等待IO设备，瓶颈在IO。采用单核多线程可以让单核的这个CPU在多个IO密集的任务之间轮转执行，最大化利用CPU；

而CPU密集型的任务，使用多核CPU运行能最大化利用CPU同时获得最大的执行效率。

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并发和并行的区别

并发Concurrency，对应单核CPU，多个任务同一时间只有一个任务在跑，源于操作系统的线程调度策略快速切换制造 “同时” 的错觉

并行Parallelism，对应多核CPU，多个任务实际真的在多个物理处理单元上执行

为什么ConcurrentHashMap不支持null key

关联[HashMap null key注意事项](#HashMap null key)

ConcurrentHashMap不仅不支持null key，甚至还不支持null value

二义性问题

当我们map.get(null)发现等于null的时候，就会出现一个问题：

• 是Map中不包含这个null key
• 还是Map中包含这个key，只是value是null

在HashMap中，设计之初就是为了单线程考虑的，我们可以进行这样的判断

if (map.get(null) == null) {
    //调用 containsKey 判断 key 是否存在
    if (!map.containsKey(null)) { 
        map.put(null, "error"); 
    }
}

但是在ConcurrentHashMap中，由于是多线程环境，并且map.get()以及map.containsKey()这两个操作是两个独立的原子操作，因此中间可能存在 “线程切换导致的状态变化”，导致判断结果不一致。

//假设 ConcurrentHashMap 允许 null key
// 线程A执行
if (map.get(null) == null) {  // 步骤1：线程A判断get(null)返回null（此时map中确实没有null key）
    // 步骤2：线程A执行到此处时，CPU时间片耗尽，线程切换到B
    if (!map.containsKey(null)) {  // 步骤4：线程A恢复执行，判断containsKey(null)
        // 步骤5：此时线程B已插入null key，因此containsKey(null)返回true，条件不成立
        map.put(null, "error");  // 步骤6：因此这行代码不会执行，与程序预期出现偏差
    }
}

// 线程B在步骤2和步骤4之间执行
map.put(null, "value");  // 步骤3：线程B插入null key，此时map中已有null key