ConcurrentHashMap实现原理

ConcurrentHashMap是Java并发包中提供的线程安全的HashMap实现。

核心问题

ConcurrentHashMap如何保证线程安全？

JDK 1.7：

• 使用分段锁（Segment）机制
• 将数据分成多个段，每个段独立加锁
• 降低了锁的粒度，提高了并发性能

JDK 1.8：

• 使用CAS + synchronized
• 锁的粒度更细，只锁住数组中的单个元素（Node）
• 性能进一步提升

CAS + synchronized的实现

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 使用CAS尝试插入
    if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
        break;
    // 如果CAS失败，使用synchronized锁住节点
    synchronized (f) {
        // 插入逻辑
    }
}

关键特性

1. 分段锁 vs 细粒度锁

• JDK 1.7：锁的粒度是Segment（多个Node）
• JDK 1.8：锁的粒度是单个Node

2. 读操作无锁

• 读操作不需要加锁
• 使用volatile保证可见性
• 提高了读操作的性能

3. 扩容机制

• 支持多线程并发扩容
• 使用ForwardingNode标记已迁移的节点
• 其他线程可以帮助扩容

常见面试题

1. ConcurrentHashMap和Hashtable的区别？

   • Hashtable使用synchronized锁住整个表
   • ConcurrentHashMap使用更细粒度的锁
   • ConcurrentHashMap的并发性能更好

2. 为什么ConcurrentHashMap的读操作不需要加锁？

   • 使用volatile保证可见性
   • Node的value使用volatile修饰
   • 读操作是线程安全的

3. ConcurrentHashMap的size()方法如何实现？

   • JDK 1.7：分段统计，可能不准确
   • JDK 1.8：使用LongAdder，更准确

使用建议

• 高并发场景下使用ConcurrentHashMap
• 注意key和value不能为null
• 合理设置初始容量和负载因子