集合-ConcurrentHashMap-线程安全底层实现

最新推荐文章于 2025-02-12 21:24:12 发布
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#多线程 #jdk #集合

本文探讨了JDK1.7中ConcurrentHashMap的分段锁设计，每个Segment守护一个HashEntry数组，确保线程安全。而JDK1.8则取消分段锁，采用CAS和synchronized优化并发性能。与HashTable相比，两者都是线程安全的，但ConcurrentHashMap在并发访问效率上更胜一筹。

1、ConcurrentHashMap分段锁

  • JDK1.7是采用分段锁的思想，对整个桶数组进行切割分段(segment)，给每一段数据配置一把锁，当一个线程占用锁访问一段数据的时候，其他的数据也能被其他的线程访问到；

  • ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成的：Segment实现了ReentrantLock，是一种可重入锁，来扮演锁的角色；HashEntry用于存储键值对数据。

  • static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable{}

  • 一个ConcurrentHashMap包含一个Segment数组(是一种数组和链表结构)，一个Segment包含一个HashEntry数组，每个HashEntry是 一个链表结构的元素，一个Segment守护一个HashEntry数组，要想对HashEntry数组进行修改就必须先获得Segment的锁

在这里插入图片描述

  • JDK1.8取消了Segment分段锁，采用CAS和synchronized来保证线程安全，数据结构和jdk1.8的HashMap类似，synchronized只锁定当前链表/红黑树的首节点，这样只要hash不冲突就不会产生并发，提高效率N

在这里插入图片描述

2、ConcurrentHashMap和HashTable的区别？

  • 底层数据结构：jdk1.7的ConcurrentHashMap的底层采用分段的数组和链表实现，jdk1.8之后和HashMap一样采用数组+链表/红黑树，HashTable的底层数据结构是数组+链表

  • 线程安全方面：都是线程安全的；

    • 实现线程安全的方式区别：jdk1.7时，ConcurrentHashMap(分段锁)对整个桶数组进行了分割分段(segment)，每一把锁只锁容器中的一部分数据，多线程访问容器的不太段的数据的时候就不会存在锁竞争，提高并发访问率。jdk1.8就摒弃了segment分割分段的思路，直接用Node数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制用synchronized和CAS来操作。 HashTable使用synchronized来保证线程安全，效率很低
3W字详细解析 ConcurrentHashMap 1.7和1.8源码，再也不用担心被面试官吊打了。
烟雨星空的博客
04-21 3543
前言 上篇文章介绍了 HashMap 源码后，在博客平台广受好评，让本来己经不打算更新这个系列的我，仿佛被打了一顿鸡血。真的，被读者认可的感觉，就是这么奇妙。 然后，有读者希望我能出一版 ConcurrentHashMap 的解析。所以，今天的这篇文章，我准备讲述一下 ConcurrentHashMap 分别在JDK1.7和 JDK1.8 的源码。文章较长，建议小伙伴们可以先收藏再看哦~ 说一下...
ConcurrentHashMap 的底层结构与演进过程
实践求真知
03-20 757
一JDK中的ConcurrentHashMap 在JDK 8以前，HashMap是基于数组 +链表来实现的。整体上看，HashMap是一个数组，但每个数组元素又是一张链表。 当向HashMap中增加元素时，会先根据此元素key的hash值计算出该元素将保存在数组中的下标。如果多个元素计算出的下标值相同，就会以链表的形式存储在数组的同给元素中。 JDK 8以前的ConcurrentHashMap结构图如下： ConcurrentHashMap不会给整个容器加锁，...
ConcurrentHashMap：使用方法和底层原理详解
jakelihua
04-07 4370
ConcurrentHashMap是Java集合框架中的一个线程安全的哈希表实现，它提供了比Hashtable和同步的HashMap更高的并发性能。ConcurrentHashMap在JDK 1.5中引入，通过采用分段锁的方式实现了高效的并发访问。它可以在保证线程安全的同时，提供较高的并发性能，因此是多线程环境下使用频率较高的数据结构之一。
ConcurrentHashMap底层结构分析
qq_47768542的博客
10-15 2127
jdk1.7的ConcurrentHashMap 底层数据结构： 分段的数组+链表。ConcurrentHashMap是由Segment数据结构和HashEntry数据结构组成。Segment实现了ReentrantLock,所以Segment是一种可重入锁，扮演锁的角色。HashEntry用于存储键值对数据 一个ConcurrentHashMap包含一个Segment数组。Segment ②jdk1.8是数组+链表/红黑树 实现线程安全的方式： ①在jdk1.7的时候，ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap底层结构和原理详解
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ConcurrentHashMap ConcurrentHashMap是线程安全的数组,是HashTable的替代品,同为线程安全,其性能要比HashTable更好 HashMap不是线程安全： 在并发环境下，可能会形成环状链表（扩容时可能造成，具体原因自行百度google或查看源码分析），导致get操作时，cpu空转，所以，在并发环境中使用HashMap是非常危险的 HashTable是线程安全的： HashTable和HashMap的实现原理几乎一样， 与HashMap的差别： HashTa
【Java复习】线程安全的 HashMap --- ConcurrentHashMap
xqs196301的博客
09-30 3089
【Java复习】线程安全的 HashMap --- ConcurrentHashMap
【Java并发】-- ConcurrentHashMap如何实现高效地线程安全（jdk1.8）
十年磨一剑，沉淀……
07-21 2853
1.传统集合框架并发编程中Map存在的问题？ 2.早期改进策略 HashTable HashTable相比HashMap是线程安全的，因为HashTable所有的方法都是加了synchronized的，锁的是整个hashMap，也就是我们说的锁的粒度比较大，由于最基本的put,set操作都加了互斥锁，造成的结果就是同一时间点只能由一个线程put或只能get，并发操作时所有的put,get操作都...
搞定HashMap线程不安全问题-----ConcurrentHashMap源码解析
ZMXQQ233的博客
09-07 405
搞定HashMap线程不安全问题-----ConcurrentHashMap源码解析 前言 ​ HashMap是线程不安全的集合，如果要保证线程安全该怎么做呢？ ​ 首先，HashMap为什么会线程不安全？ ​ jdk1.7中，在多线程环境下，(头插法)扩容时会造成环形链或数据丢失。 ​ jdk1.8中，在多线程环境下，PUT方法会发生数据覆盖的情况。 ​ 如何保证线程安全？ //替代HashMap的方式 public static void main(String[] arg
【JAVA进阶】java中的集合（番外篇4）- ConcurrentHashMap源码&底层数据结构分析
m0_74824823的博客
02-12 697
ConcurrentHashMap是一个线程安全的HashMap，作为线程安全的HashMap ，它的使用频率也是很高。那么它的存储结构和实现原理是怎么样的呢？Java7 中 ConcurrentHashMap 使用的分段锁，也就是每一个 Segment 上同时只有一个线程可以操作，每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构，它可以扩容，它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变。
面试必问之 ConcurrentHashMap 线程安全的具体实现方式
Java极客技术
12-26 8367
ConcurrentHashMap 是 Java 并发包中提供的一个线程安全且高效的 HashMap 实现，以弥补 HashMap 不适合在并发环境中操作使用的不足，本文就来分析下 Co...
ConcurrentHashMap底层
justleavel的博客
03-26 1090
数组 + 链表 + 红黑树正常put数据时，如果数组有位置，放数组上，因为查询效率最高。如果put数据时，数组的位置上有数据，挂到下面的链表上，查询效率偏低如果put数据时，发现链表很长，查询效率会受到很大的影响，此时会将链表转为红黑树，提升查询效率。
ConcurrentHashMap底层详解
m0_60469045的博客
03-21 1124
在并发编程中使用HashMap可能导致程序死循环。而使用线程安全的HashTable效率又非常低下，基于此产生了ConcurrentHashMap。
数据结构算法 - ConcurrentHashMap 源码解析
z240336124的专栏
11-21 497
五个线程同时往 HashMap 中 put 数据会发生什么？ ConcurrentHashMap 是怎么保证线程安全的？ 在分析 HashMap 源码时还遗留这两个问题，这次我们站在 Java 多线程内存模型和 synchronized 的实现原理，这两个角度来彻底分析一下。至于 JDK 1.8 的红色树不是本文探讨的内容，如果感兴趣可以看看之前的文章。 1. Java 多线程内存模型 五个线...
还不懂 ConcurrentHashMap ？这份源码分析了解一下
未读代码
04-08 1259
不懂 ConcurrentHashMap ，面试心里慌不慌？
一篇了解ConcurrentHashMap的底层结构与演进过程
qq_40595922的博客
10-12 286
都知道ConcurrentHashMap可以用于解决HashMap等KV键值对集合的并发问题。本篇文章将从JDK7和JDK8两个重要版本中来介绍ConcurrentHashMap的底层结构与演进过程。 1.JDK7中的ConcurrentHashMap 先回顾一下HashMap。在JDK8以前，HashMap是基于数组+链表来实现的。从整体上看HashMap是一个数组，数组中的每个元素都是一个链表，如下图： 当向HashMap中增加元素时，会先根据此元素的Key的hash值计算出该元素将要保存..
ConcurrentHashMap底层实现原理
同文。
05-04 1850
当数组长度不够时，ConcurrentHashMap需要对数组进行扩容，在扩容的实现上，ConcurrentHashMap引入了多线程并发扩容的机制，简单来说就是多个线程对原始数组进行分片后，每个线程负责一个分片的数据迁移，从而提升了扩容过程中数据迁移的效率。ConcurrentHashMap中有一个size()方法来获取总的元素个数，而在多线程并发场景中，在保证原子性的前提下来实现元素个数的累加，性能是非常低的。并发安全的主要实现是通过对指定的Node节点加锁，来保证数据更新的安全性。
ConcurrentHashMap底层结构与实现原理
song_myth的博客
08-12 1502
前言 HashMap是一个非常优秀的类，使用也非常频繁。唯一的遗憾就是HashMap不是线程安全的。 前置阅读： HashMap底层结构与实现原理 HashMap多线程扩容导致死循环解析（JDK1.7） 理解了HashMap，再来看ConcurrentHashMap会有事半功倍的效果，因为ConcurrentHashMap底层数据结构、核心方法几乎和HashMap一模一样，只是在多线程环境下做了很多保证线程安全的操作。 JDK早期提供了线程安全的HashMap类，那就是Hashtable，底层
【Java 基础】ConcurrentHashMap 底层原理
激流丶的博客
06-07 5452
ConcurrentHashMap 是线程安全的哈希表，它是 Java 并发包中提供的一种高效的并发 Map 实现。ConcurrentHashMap 底层采用了分段锁的机制，不同的段（Segment）可以被不同的线程同时访问，从而提高了并发性能。
ConcurrentHashMap底层原理
m0_61522454的博客
03-10 1892
1、并发结构不一致，1.7是segement+数组+链表，1.8是数组+链表+红黑树2、锁机制不一样，1.7是ReentRantLock机制对segement加锁，而1.8则通过CAS和Synchronized对表头进行加锁3、扩容方式不一样，1.7是对segement内部的表进行扩容，并且遍历oldtable，然后将数据迁移到新表中，而1.8使用多线程进行迁移，将旧表拆分成多个任务，分配给多个线程进行迁移。
集合（HashMap 底层原理、ConcurrentHashMap 线程安全实现 ）
最新发布
07-16
### HashMap底层原理 `HashMap` 是基于哈希表实现的键值对集合。其核心结构是数组 + 链表（在 Java 8 及之后引入了红黑树优化长链表）。每个键值对被封装为一个 `Node` 对象，其中包含键、值和哈希值。 1. **哈希计算**：当调用 `put(K key, V value)` 方法时，首先会通过 `hashCode()` 方法计算键的哈希值，并将其映射到数组的一个索引位置。 2. **冲突解决**：如果多个键映射到同一个索引位置，则使用链地址法解决冲突。即在该索引位置上维护一个链表或红黑树来存储这些键值对。 3. **扩容机制**：当元素数量超过容量乘以负载因子（默认为 0.75）时，`HashMap` 会进行扩容操作，将原来的数组大小翻倍，并重新分配所有键值对的位置[^3]。 由于 `HashMap` 没有内置的同步机制，在多线程环境下进行写操作可能会导致数据不一致问题，例如死循环或者丢失更新等[^1]。 --- ### ConcurrentHashMap 线程安全实现 `ConcurrentHashMap` 是专门为并发环境设计的线程安全 `Map` 实现。它采用了分段锁技术来提高并发性能： 1. **Segment 分段锁**：`ConcurrentHashMap` 内部由多个 `Segment` 组成，每个 `Segment` 实际上是一个小型的 `HashMap`，并且继承了 `ReentrantLock` 类，可以独立加锁。这意味着不同的线程可以在不同的 `Segment` 上同时执行操作而不会相互阻塞[^4]。 2. **HashEntry 数组**：每个 `Segment` 包含一个 `HashEntry` 数组，用于实际存储键值对。与 `HashMap` 类似，`HashEntry` 也支持链表和红黑树结构来处理哈希冲突。 3. **细粒度锁定**：当需要修改某个 `Segment` 中的数据时，只需要对该 `Segment` 加锁即可，而不是对整个 `ConcurrentHashMap` 进行全局加锁。这种细粒度的锁定策略大大提高了高并发场景下的吞吐量[^2]。 以下是一个简单的示例代码展示如何创建并使用 `ConcurrentHashMap`： ```java import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class ConcurrentHashMapExample { public static void main(String[] args) { // 创建一个ConcurrentHashMap实例 ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>(); // 添加键值对 map.put("one", 1); map.put("two", 2); // 获取值 System.out.println(map.get("one")); // 输出: 1 // 并发更新 map.computeIfPresent("two", (key, val) -> val + 1); System.out.println(map.get("two")); // 输出: 3 } } ``` 上述代码展示了基本的操作如添加、获取以及并发更新。值得注意的是，`ConcurrentHashMap` 提供了一系列原子性方法如 `computeIfPresent`, `merge` 等，这些方法能够在保证线程安全的同时提供更高的效率。 ---
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