Java基础（六）-ConcurrentHashMap线程安全实现

HashMap是线程不安全的，因此为了解决线程安全问题，提出了两个类：HashTable和CurrentHashMap。

HashTable相关操作都是对方法加synchronized的大锁，效率比较低。ConcurrentHashMap避免了对全局加锁改成了局部加锁操作，这样就极大地提高了并发环境下的操作速度，由于ConcurrentHashMap在JDK1.7和1.8中的实现非常不同，接下来我们谈谈JDK在1.7和1.8中的区别。

一、1.7版本

在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了数组+Segment+分段锁的方式实现。在数组基础上增加了一层Segment，一个Segment对应数组的一段，这样对某段进行的操作只需要锁住对应段，不影响其他段的操作。其中，Segment继承了ReentrantLock并实现了序列化接口，说明Segment的锁是可重入的。

iJDK1.7中ConcurrentHashMap数据结构

缺点：
ConcurrentHashMap比HashMap多了一次hash过程，第1次hash定位到Segment，第2次hash定位到HashEntry，然后链表搜索找到指定节点。

优点：
在进行写操作时，只需锁住写元素所在的Segment即可，其他Segment无需加锁，提高了并发读写的效率。

二、1.8版本

在JDK1.7中ConcurrentHashMap，数据结构上，首先整体上是数组+链表+红黑树的结构与HashMap保持一致，其次取消了Segment分段锁的数据结构，取而代之的是Node，Node的value和next都是由volatile关键字进行修饰，可以保证可见性。将细化的粒度从段进一步降低到节点。线程安全实现上，采用CAS+Synchronized替代Segment分段锁。

简单看下put过程：

/** Implementation for put and putIfAbsent */
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) {
            if (casTabAt(tab, i, null,
                        new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
                break;                   // no lock when adding to empty bin
       }
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
       else {
            V oldVal = null;
           synchronized (f) {
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    if (fh >= 0) {
                        binCount = 1;
                       for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                            K ek;
                           if (e.hash == hash &&
                                ((ek = e.key) == key ||
                                 (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                oldVal = e.val;
                               if (!onlyIfAbsent)
                                    e.val = value;
                               break;
                           }
                            Node<K,V> pred = e;
                           if ((e = e.next) == null) {
                                pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
                                                         value, null);
                               break;
                           }
                        }
                    }
                    else if (f instanceof TreeBin) {
                        Node<K,V> p;
                       binCount = 2;
                       if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                      value)) != null) {
                            oldVal = p.val;
                           if (!onlyIfAbsent)
                                p.val = value;
                       }
                    }
                    else if (f instanceof ReservationNode)
                        throw new IllegalStateException("Recursive update");
               }
            }
           ...
   return null;
}

ConcurrentHashMap会判断tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)是不是 null，是的话就直接采用CAS进行插入，而如果不为空的话，则是synchronized锁住当前Node的首节点，这是因为当该Node不为空的时候，证明了此时出现了Hash碰撞，就会涉及到链表的尾节点新增或者红黑树的节点新增以及红黑树的平衡，这些操作自然都是非原子性的。从而导致无法使用CAS，当Node的当前下标为null的时候，由于只是涉及数组的新增，所以用CAS即可。

参考：
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1617089947709260129&wfr=spider&for=pc

最后编辑于：2023.06.06 16:30:11