对ConcurrentHashMap的理解

最新推荐文章于 2023-03-02 17:02:45 发布

阿一_java

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分类专栏：数据结构文章标签： HashMap

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ConcurrentHashMap是Java并发包下线程安全的HashMap实现，采用分段锁策略提高并发性能。其结构在1.7版为Segment+HashEntry，1.8后与HashMap相似，使用（数组+链表/红黑树）。锁机制涉及synchronized、CAS、自旋锁、volatile和分段锁，无threshold和loadFactor字段，而是通过sizeCtl控制。在元素个数统计上，使用分段思想，减少资源争用，确保非强一致性。

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ConcurrentHashMap是java.util.concurrentJava并发包下的.为了解决在高并发情况下的HashMap可能会出现死循环等问题而诞生的.实际上就是一个线程安全的HashMap

1.结构

在1.7的时候结构是:
在这里插入图片描述
从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上），所以，通过这一种结构，ConcurrentHashMap的并发能力可以大大的提高。

在1.8之后放弃了臃肿的Segment而和HashMap的结构一致了:
在这里插入图片描述

2.锁机制

这里先简单介绍一下各种锁，以便下文讲到相关概念时能有个印象。

(1)synchronized

java中的关键字，内部实现为监视器锁，主要是通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。
synchronized从旧版本到现在已经做了很多优化了，在运行时会有三种存在方式：偏向锁，轻量级锁，重量级锁。
偏向锁，是指一段同步代码一直被一个线程访问，那么这个线程会自动获取锁，降低获取锁的代价。
轻量级锁，是指当锁是偏向锁时，被另一个线程所访问，偏向锁会升级为轻量级锁，这个线程会通过自旋的方式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
重量级锁，是指当锁是轻量级锁时，当自旋的线程自旋了一定的次数后，还没有获取到锁，就会进入阻塞状态，该锁升级为重量级锁，重量级锁会使其他线程阻塞，性能降低。

(2)CAS

CAS，Compare And Swap，它是一种乐观锁，认为对于同一个数据的并发操作不一定会发生修改，在更新数据的时候，尝试去更新数据，如果失败就不断尝试。

（3）volatile（非锁）

java中的关键字，当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。（这里牵涉到java内存模型的知识，感兴趣的同学可以自己查查相关资料）
volatile只保证可见性，不保证原子性，比如 volatile修改的变量 i，针对i++操作，不保证每次结果都正确，因为i++操作是两步操作，相当于 i = i +1，先读取，再加1，这种情况volatile是无法保证的。