HashTable과 HashMap 그리고 ConcurrentHashMap

YaaaPyoung·2022년 4월 11일

ConcurrentHashMap Fast Fail Fast Safe HasTable HashMap thread-safe

HashTable과 HashMap 그리고 ConcurrentHashMap

1. HashTable과 HashMap의 차이점

Thread-Safe
- HashTable은 thread-safe 하기때문에 멀티스레드 환경에서 사용할 수 있지만 HashMap은 그렇지 않다.
- Collections.synchornizedMap(HashMap)을 사용해서 HashMap에 래핑 작업(?)을 거쳐 thread-safe하게 만들 수 있다.
null
- HashTable은 key와 value에 null 허용하지 않지만, HashMap은 null을 허용한다.
Iterator
- 저장된 요소를 순회할 때 HashTable은 Enumeration을 HashMap은 Fail-Fast iteration을 사용한다.

2. Enumeration과 Iterator

Enumeration과 Iterator 모두 컬렉션 요소를 순회할 수 있는 기능을 제공한다는 공통점이 있다.
Iterator는 remove() 메소드를 제공하지만 Enumeration은 그렇지 않다. Enumeration은 요소들을 탐색할 수만 있기 때문에 읽기 전용인 경우에만 사용할 수 있다.
Iterator는 순회 도중에 컬렉션에 대해서 수정 작업이 발생할 경우 ConcurrentModificationException이 발생하지만 Enumeration은 그렇지 않다.

3. Fail-Fast와 Fail-Safe Iterator의 차이점

Concurrent Modification
- Concurrent Modification 은 다른 작업이 수행하고 있는 객체를 동시에 수정하는 것이다.
Fail-Fast Iterator
- Fail-Fast는 가능한 빨리 예외가 노출시키고 동작을 중단시킨다.
- 컬렉션은 요소가 추가되거나 삭제연산이 수행될 때 마다 증가하는 modCount라는 변수를 가지고 있다.
- Fail-Fast Iterator가 생성될 때 해당 컬렉션에 대한 modCount 를 Iterator의 내부 변수에 복사한다.
- Iterator의 next() 메소드를 호출할 때 복사된 modCount와 원본 modCount가 다르면 ConcurrentModificationException을 발생시킨다.
```
Map<String, String> map = new HashMap<>();
Map.put("foo1", "bar1");
Map.put("foo2", "bar2");

//iterator를 생성하는 시점에 원본 modCount를 iterator 내부로 복사
Iterator iter = map.keySet().Iterator(); 

while(iter.hasNext()){
    System.out.println(iter.next()); //원본 modCount와 iterator 내부 modCount를 비교
    map.put("foo3", "bar3"); // 요소를 추가하면 다음 next() 메소드 호출시 예외를 발생시킴
}
```
  - Fast-Fail은 컬렉션을 순회하는 동안에 수정이 발생하면 예외를 발생시킨다.
  - Fast-Fail은 원본 컬렉션에 대해서 순회 연산을 수행한다.
  - 원본 컬렉션에 대해서 순회 연산을 수행하기 때문에 추가적인 컬렉션 복사가 없으므로 메모리를 절약할 수 있다.
  - 대표적으로 ArrayList, HashMap, Vector 등이 Fail-Fast Iterator를 사용한다.

Fail-Safe Iterator (non-Fail fast)
- Fail-Safe는 예외 발생시 작업을 중단하지 않고 가능한한 예외를 회피하는데 초점을 둔다.
- Fail-Safe Iterator는 원본 컬렉션의 복사본에 대해서 순회 연산을 하기때문에 순회 도중에 컬렉션이 수정되더라도 어떠한 예외도 발생시키지 않는다.
```
CopyOnWriteArrayList<Integer> list 
		= new CopyOnWriteArrayList<Integer>(new Integer[] {1, 7, 9, 11});

// 원본 컬렉션에 대해 복사본을 생성하고 그에 대한 iterator를 반환한다.
Iterator<Integer> itr = list.Iterator();

while (itr.hasNext()) {
	Integer i = itr.next();
	System.out.println(i);
    
	if (i == 7) {
		list.add(15); // 원본 컬렉션에 추가한 요소는 출력도 되지않고 예외도 발생하지 않는다. 
	}
}
```
  - Fast-Safe는 원본 컬렉션에 대한 복사본에 대해서 순회 연산을 수행한다.
  - Fast-Safe는 순회하는 동안 원본 컬렉션에 수정이 발생해도 예외를 발생시키지 않는다.
  - 원본 컬렉션을 복사해야하기 때문에 메모리와 시간이 상대적으로 더 든다.
  - 대표적으로 ConcurrentHashMap과 CopyOnWriteArrayList 등이 Fast-Safe를 사용한다.

ConcurrentHashMap은 Fail-Safe이지만, 원본 컬렉션을 사용한다.
- Fail-Safe Iterator가 반드시 복사된 컬렉션에 대해서 순회를 해야만 하는 것은 아니다.
- ConcurrentHashMap의 경우, Fail-Fast는 아니지만 복사된 컬렉션을 사용하지는 않는다.
```
ConcurrentHashMap<String, Integer> m = new ConcurrentHashMap<String, Integer>();
m.put("ONE", 1);
m.put("SEVEN", 7);
m.put("FIVE", 5);
m.put("EIGHT", 8);
		
Iterator<String> it = m.keySet().Iterator();
while (it.hasNext()) {
	String key = it.next();
	System.out.println(key + " : " + m.get(key));
	m.put("NINE", 9);
}
```
```
[출력 결과]
EIGHT : 8
FIVE : 5
NINE : 9 // 순회할 때 추가한 원소가 출력됐다.
ONE : 1
SEVEN : 7
```
- 순회하는 동안에 m.put("NINE", 9) 을 통해 요소를 추가했는데, 그 요소가 그대로 출력된 것을 볼 수 있다.
- 즉, ConcurrentHashMap은 원본 컬렉션에 대해서 순회 연산을 한다고 볼 수 있다.

4. ConcurrentHashMap

멀티스레드 환경에서 동기화 문제를 해결하기 위해 사용되는 ConcurrentHashMap은 HashTable의 단점을 보완하는 자료구조이다.
ConcurrentHashMap은 Map을 여러 개의 세그먼트로 나누는데 스레드는 자신이 연산을 수행하는 세그먼트영역에 대해서만 lock을 건다.
세그먼트의 수는 concurreny level의 값으로 결정되는데 default 값은 16이다. 즉, 16개의 서로 다른 스레드가 동시에 다른 세그먼트에 연산을 수행할 수 있다는 뜻이다.