Java基础(7)-ConcurrentHashMap与CAS

最新推荐文章于 2024-12-06 20:12:16 发布

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#cas #ConcurrentHashMap #cas原理 #ABA问题

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本文详细解析了JDK5和JDK8中ConcurrentHashMap的实现原理，包括分段锁和CAS技术的应用，以及ABA问题的解决方案。探讨了在高并发环境下，ConcurrentHashMap如何通过细分锁的数据规模和使用CAS技术提升性能。

文章目录

ConcurrentHashMap是J.U.C包下一个十分重要的并发容器之一,它和Hashtable一样是并发安全的,但是它的性能却比Hashtable好很多,且由于在高并发环境下,使用HashMap的put方法时会造成堵塞,这将会消耗许多的CPU时间片,造成不必要的等待,所以在并发情况下应当使用ConcurrentHashMap替代HashMap

1.1 JDK 5中ConcurrentHashMap的实现原理

早期的ConcurrenntHashMap通过分段锁Segment和HashEntry细化了锁的范围,实现了并发安全,由于不像Hashtable一样使用全局锁, 而是细分锁的数据规模,所以性能上比同步的Hashtable高了许多,详细了解可以阅读这篇文章:
https://www.cnblogs.com/ITtangtang/p/3948786.html

在这里插入图片描述

1.2 JDK 8中ConcurrentHashMap的实现原理

原理:使用CAS技术与同步锁技术相结合

1.不允许插入null键或null值
2.putAll源码中,不直接使用Java层次级别的数组更新,而是使用CAS的方式直接从系统底层内存空间中更新,所以并发安全

	final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh;
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            //通过cas进行添加
                if (casTabAt(tab, i, null,
                             new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                    break;                    
            }
            //....

1.3 CAS基本原理

CAS 全称是 compare and swap,即比较和交换，是一种用于在多线程环境下实现同步功能的机制。CAS 操作包含三个操作数: 内存位置、预期数值和新值。CAS 的实现逻辑是将内存位置处的数值与预期数值相比较，若相等，则说明没有其他线程对其进行过修改,将内存位置处的值替换为新值。若不相等，则说明有其他线程对其进行了修改,不做任何操作,即原地自旋等待

在 Java 中，Java 并没有直接实现 CAS，CAS 相关的实现是通过 C++ 内联汇编的形式实现的。Java 代码需通过 JNI 才能调用。

像synchronized这种独占锁属于悲观锁，它是在假设一定会发生冲突的，那么加锁恰好有用，除此之外，还有乐观锁，乐观锁的含义就是假设没有发生冲突，那么我正好可以进行某项操作，如果要是发生冲突呢，那就重试直到成功，乐观锁最常见的就是CAS。

1.4 ABA问题

CAS 由三个步骤组成，分别是“读取->比较->写回”。考虑这样一种情况，线程1和线程2同时执行 CAS 逻辑，两个线程的执行顺序如下：

时刻1：线程1执行读取操作，获取原值 A，然后线程被切换走
时刻2：线程2执行完成 CAS 操作将原值由 A 修改为 B
时刻3：线程2再次执行 CAS 操作，并将原值由 B 修改为 A
时刻4：线程1恢复运行，将比较值与原值进行比较，发现两个值相等。然后用新值写入内存中，完成 CAS 操作
如上流程，线程1并不知道原值已经被修改过了，在它看来并没什么变化，所以它会继续往下执行流程。

对于 ABA 问题，通常的处理措施是对每一次 CAS 操作设置版本号。J.U.C包下提供了一个可处理 ABA 问题的原子类 AtomicStampedReferenc,具体可以查阅资料了解

ConcurrentHashMap和CAS就先简单地了解到这里吧…查阅其他资料看到的都是cpp和汇编的解读,看得一头雾水,我太难了,就先这样吧(゜-゜)つロ (干杯)