ConcurrentHashMap源码解读！

最新推荐文章于 2024-06-13 22:58:33 发布

xuhuaabc

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分类专栏： JDK源码

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xuhuaabc/article/details/92013474

本文详细介绍了ConcurrentHashMap，它是JDK5引入的线程安全的高并发HashMap。ConcurrentHashMap在不同版本中经历了结构变化，从1.7的Segment+HashEntry到1.8的数组+链表+红黑树。通过使用CAS和synchronized保证并发安全性，并利用spread方法替换hash()获取哈希值，提高检索效率。文章还探讨了其初始化、扩容策略以及put和get操作的实现细节。

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1 .首先先看看为什么要使用ConcurrentHashMap！

首先，ConcurrentHashMap是JDK5中引用的一个线程安全的支持高并发的HashMap集合类。它是弥补了HashMap和HashTable的不足而设计的；

1.HashMap是非线程安全的，在多线程操作环境下，使用Hashmap进行put操作可能会引起死循环，这是因为多线程会导致HashMap的Entry链表形成环形数据结构，一旦形成环形数据结构，Entry的next节点永远不为空，就会产生死循环获取Entry。导致CPU利用率接近100%，所以在并发情况下一般不使用HashMap。

2.HashTable效率较极低，如线程1使用put插入元素，而线程2，什么都做不了，必须等待线程1释放锁。

3. 故而ConcurrentHashMap 由一个 Segment 组成，Segment 代表”部分“或”一段“的，所以很多地方都会将其描述为分段锁。每次需要加锁的操作锁住的是一个 Segment，这样只要保证每个 Segment 是线程安全的，也就实现了全局的线程安全。
其使用了分段锁技术，
所谓分段锁技术就是数据分段，然后容器里就会有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，		那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，
从而可以有效的提高并发访问效率。

4.用 Volatile 关键字约束变量，从而协调读写线程间的内存可见性

由于内存可见性问题，未正确同步的情况下，写线程写入的值可能并不为后续的读线程可见。

根据 Java 内存模型，对 同一个 volatile 变量的写 / 读操作可以确保：写线程写入的值，能够被之后未加锁的读线程“看到”。

2.实现结构

看它的实现和继承：

public class ConcurrentHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V>
    implements ConcurrentMap<K,V>, Serializable

同HashMap一样，也是继承了AbstractMap接口；实现了ConcurrentMap类和 Serializable类。

ConcurrentHashMap底层=数组+链表+红黑树。红黑树可以使hash散列更均匀。

如果还是采用单向列表方式，那么查询某个节点的时间复杂度为O(n)；
jdk1.8中采用了红黑树的结构，那么查询的时间复杂度可以降低到O(logN)，大大提高了检索效率。

先看java1.7中的结构：
每段数据对应着每个segment,加锁时，
到jdk1.8：
在这里插入图片描述
为了进一步提高并发性，在jdk1.8中则取消segment的概念，虽然源码保留了，但是只是为了考虑兼容性。采用table来保存数据，
transient volatile HashEntry<K,V> table
采用table数组元素作为锁，相对于jdk1.7,实现了对每一行数据进行加锁，进一步减少并发冲突的概率。

同时使用CAS + synchronized的方式来保证并发更新的安全。**CAS（Compare and Swap），即比较并替换，实现并发算法时常用到的一种技术。

几个重要属性：

private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; node节点的最大容量

private static final int DEFAULT_CAPACITY = 16;  默认table初始化容量是16，且扩容必须是2的幂次方

static final int MAX_ARRAY_SIZE = Integer.MAX_VALUE - 8;  数组最大值。
 private static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;  默认并发量，默认是16.

这个是segment数量，也就是说 ConcurrentHashMap 默认值有 16 个 Segments，所以理论上，这个时候，最多可以同时支持 16 个线程并发写，只要它们的操作分别分布在不同的 Segment 上。这个值可以在初始化的时候设置为其他值，但是一旦初始化以后，它是不可以扩容的。

private static final float LOAD_FACTOR = 0.75f;  

static final int TREEIFY_THRESHOLD = 8;  链表 转红黑树的阈值界限

static final int UNTREEIFY_THRESHOLD = 6;

static final int MIN_TREEIFY_CAPACITY = 64;

transient volatile Node<K,V>[] table;   装载Node节点的table.默认为null,采用懒加载的方式，直到第一次插入数据的时候才会进行初始化操作，数组的大小总是为2的幂次方。

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