ConcurrentHashMap源码&底层数据结构分析

为什么HashTable慢

        Hashtable之所以效率低下主要是因为其实现使用了synchronized关键字对put等操作进行加锁,而synchronized关键字加锁是对整个对象进行加锁,也就是说在进行put等修改Hash表的操作时,锁住了整个Hash表,从而使得其表现的效率低下。

ConcurrentHashMap - JDK 1.7

      在JDK1.5~1.7版本,Java使用了分段锁机制实现ConcurrentHashMap.简而言之,ConcurrentHashMap在对象中保存了一个Segment数组,即将整个Hash表划分为多个分段;而每个Segment元素,即每个分段则类似于一个Hashtable;这样,在执行put操作时首先根据hash算法定位到元素属于哪个Segment,然后对该Segment加锁即可。因此,ConcurrentHashMap在多线程并发编程中可是实现多线程put操作。

JDK1.7版本中ConcurrentHashMap的实现原理。

数据结构

        ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组,Segment 通过继承 ReentrantLock 来进行加锁,所以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。concurrencyLevel: 并行级别默认是 16。initialCapacity:初始容量,指整个 ConcurrentHashMap 的初始容量。loadFactor 负载因子,Segment 数组不可以扩容,所以这个负载因子是给每个 Segment 内部HashEntry使用的.

put 新元素时 HashEntry 不存在:

1、如果当前容量大于扩容阀值,小于最大容量,进行扩容

2、直接头插法插入。

put 新元素时  HashEntry 存在

1、判断链表当前元素 Key 和 hash 值是否和要 put 的 key 和 hash 值一致。一致则替换值

2、不一致,获取链表下一个节点,直到发现相同进行值替换,或者链表表里完毕没有相同的。

3、如果当前容量大于扩容阀值,小于最大容量,进行扩容

4、直接链表头插法插入。

并发问题分析

1、put  加锁

2、get 使用了volatile

3、remove  先执行get操作

ConcurrentHashMap - JDK 1.8

       在JDK1.8中,ConcurrentHashMap结构是 Node 数组 + 链表 / 红黑树。当冲突链表达到一定长度时,链表会转换成红黑树。ConcurrentHashMapPut操作采用CASsynchronized实现。

        ConcurrentHashMap 的初始化是通过自旋和 CAS 操作完成的。里面需要注意的是变量 sizeCtl ,它的值决定着当前的初始化状态。

1、-1 说明正在初始化

2、-N 说明有N-1个线程正在进行扩容

3、表示 table 初始化大小,如果 table 没有初始化

4、表示 table 容量,如果 table 已经初始化。

总结

        Java7 中 ConcurrentHashMap 使用的分段锁,也就是每一个 Segment 上同时只有一个线程可以操作,每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构,它可以扩容,它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变。

       Java8 中的 ConcurrentHashMap 使用的 Synchronized 锁加 CAS 的机制。结构也由 Java7 中的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表 进化成了 Node 数组 + 链表 / 红黑树,Node 是类似于一个 HashEntry 的结构。它的冲突再达到一定大小时会转化成红黑树,在冲突小于一定数量时又退回链表。

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