【Java并发编程】 ConcurrentHashMap 的工作原理？ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别？

ConcurrentHashMap 的工作原理是什么？

ConcurrentHashMap 是线程安全的哈希表，通过高效的并发控制机制，在并发环境下进行数据存取。ConcurrentHashMap 在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 中有两种不同的实现。

• JDK 1.7 实现：

  • 分段锁（Segment）：ConcurrentHashMap 将整个 HashMap 分成多个 Segment，每个 Segment 类似一个小的 HashMap，并且用锁来保护。因此，多个线程可以同时访问不同的 Segment，从而提高并发性能

  • 分段操作：通过对键的哈希值取不同的高位来确定数据存放的 Segment。每个 Segment 独立的加锁操作，减少了锁的粒度，提高了并发性能。

• JDK 1.8 实现：

  • 使用 CAS 操作和 synchronized 锁来实现操作原子性

  • 哈希桶数组（Node 数组）：每个桶存放一个链表（或红黑树，在冲突严重时转换）

  • volatile 关键字：使用 volatile 关键字保证变量的可见性，避免脏数据

  • 简单优先策略：使用 CAS 尝试更新（简单优先），失败时使用 synchronized 锁保护较复杂的操作。

基本工作原理：

插入和更新：如果hash计算得到的下标还没有Node，通过 CAS 操作尝试插入或更新。如果有Node，则用synchronized锁住Node，使用 synchronized 锁保护链表或红黑树操作。

扩容：JDK1.7 扩容过程：每个 segment 维护自己的负载因子，当 segment 中的元素数量超过阈值时，该 segment 的 Hashmap会扩容，整体的concurentHashmap 并不是一次性全部扩容。

JDK1.8 基于 CAS 的扩容：在扩容时， concurentHashmap采用了类似 Hashmap 的方式，但通过CAS 操作确保线程安全，避免了锁住整个数组。在扩容时，多个线程可以同时帮助完成扩容作。渐进式扩容机制，扩容时并不是一次性将所有数据重新分配，而是多个线程共同参与，逐步迁移旧数据到新数组中，降低了扩容时的性能开销。

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别？

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 都是线程安全的哈希表实现，但它们在并发控制机制和性能上有显著区别。

• 锁的粒度：

  • ConcurrentHashMap：采用分段锁（JDK 1.7）或 CAS 和 synchronized（JDK 1.8）。锁的粒度更细，允许更高的并发度，例如 JDK 1.8 中一个桶上锁不会影响其他桶操作。

  • Hashtable：对每个方法都加上 synchronized 关键字进行同步，锁的粒度较大。同时只能有一个线程访问整个表，导致高并发性能较差。

• 性能：

  • ConcurrentHashMap：因为锁的粒度细，并发度高，所以在多线程环境下性能更好。

  • Hashtable：因为锁的粒度大，并发操作频繁时性能较差。

• 安全性：

  • ConcurrentHashMap：采取了更多措施，例如 CAS 操作、对插入和删除的独立锁定管理，来保证数据的一致性和线程安全。

• Hashtable：直接通过方法同步来保证，而随着线程增加，锁争用更加激烈，性能下降明显。

• 迭代器：

  • ConcurrentHashMap：迭代器是弱一致性的，在迭代过程中可修改集合。

  • Hashtable：迭代器在检测到集合被修改时会抛出 ConcurrentModificationException。