Java并发编程笔记之ConcurrentHashMap原理探究.docx

HashTable是一个线程安全的类，它使用synchronized来锁住整张Hash表来实现线程安全，即每次锁住整张表让线程独占，相当于所有线程进行读写时都去竞争一把锁，导致效率非常低下。ConcurrentHashMap可以做到读取数据不加锁，并且其内部的结构可以让其在进行写操作的时候能够将锁的粒度保持地尽量地小，允许多个修改操作并发进行，其关键在于使用了锁分离技术。它使用了多个锁来控制对hash表的不同部分进行的修改。ConcurrentHashMap内部使用段(Segment)来表示这些不同的部分，每个段其实就是一个小的Hashtable，它们有自己的锁。只要多个修改操作发生在不同的段上，它们就可以并发进行。 Java并发编程中的ConcurrentHashMap是HashMap的一个线程安全版本，设计目标是在高并发场景下提供高效的数据访问。相比HashTable，ConcurrentHashMap通过采用锁分离技术和更细粒度的锁定策略来提升性能。HashTable使用全局同步锁，即在读写操作时都需要对整个哈希表加锁，这会导致在多线程环境下性能瓶颈。 ConcurrentHashMap的核心概念是Segment，它是一个内部类，实际上是一个小型的哈希表。每个Segment拥有自己的锁，这意味着当多个线程同时进行修改操作时，只要修改发生在不同的Segment上，这些操作就可以并发进行，从而提高了并发性能。每个Segment包含一个HashEntry数组，这些HashEntry类似于HashMap中的Entry，存储键值对。 在ConcurrentHashMap中，数据定位采用二次哈希策略。第一次哈希决定元素所属的Segment，第二次哈希确定元素在Segment内的位置，通常是链表的头部。这种方式虽然增加了查找元素的时间复杂度，但降低了锁的粒度，使得在高并发情况下，多个写操作可以并行执行，提升了整体性能。 在Java 7之前，ConcurrentHashMap主要依赖于Segment上的ReentrantLock来实现同步。每个Segment都有一个内部锁，当进行写操作时，会锁定对应Segment，读操作则不需要锁定。而从Java 8开始，ConcurrentHashMap改用CAS（Compare and Swap）无锁算法，进一步减少了锁的使用，提高了并发性能。在Java 8中，内部结构也发生了变化，将Segment的概念替换为更细粒度的Node链表，使用了更高效的链表和红黑树的混合结构。 在实际应用中，选择使用ConcurrentHashMap还是HashMap，应根据具体场景来决定。如果需要线程安全且并发性能较高，那么ConcurrentHashMap是首选。但在单线程或者并发需求较低的环境中，HashMap由于其简单高效的设计，通常会提供更好的性能。 ConcurrentHashMap通过锁分离技术和细粒度的并发控制，实现了在多线程环境下的高效并发访问。它在保证数据一致性的同时，避免了全表锁定，从而提升了并发性能，是Java并发编程中不可或缺的工具。