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ConcurrentHashMap 是 HashMap 的多線程版本，HashMap 在并發(fā)操作時(shí)會(huì)有各種問(wèn)題，比如死循環(huán)問(wèn)題、數(shù)據(jù)覆蓋等問(wèn)題。而這些問(wèn)題，只要使用 ConcurrentHashMap 就可以完美解決了，那問(wèn)題來(lái)了，ConcurrentHashMap 是如何保證線程安全的？它的底層又是如何實(shí)現(xiàn)的？接下來(lái)我們一起來(lái)看。DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

JDK 1.7 底層實(shí)現(xiàn)

ConcurrentHashMap 在不同的 JDK 版本中實(shí)現(xiàn)是不同的，**在 JDK 1.7 中它使用的是數(shù)組加鏈表的形式實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)組又分為：大數(shù)組 Segment 和小數(shù)組 HashEntry。**大數(shù)組 Segment 可以理解為 MySQL 中的數(shù)據(jù)庫(kù)，而每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)（Segment）中又有很多張表 HashEntry，每個(gè) HashEntry 中又有多條數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是用鏈表連接的，如下圖所示：DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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JDK 1.7 線程安全實(shí)現(xiàn)

了解了 ConcurrentHashMap 的底層實(shí)現(xiàn)，再看它的線程安全實(shí)現(xiàn)就比較簡(jiǎn)單了。接下來(lái)，我們通過(guò)添加元素 put 方法，來(lái)看 JDK 1.7 中 ConcurrentHashMap 是如何保證線程安全的，具體實(shí)現(xiàn)源碼如下：DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

final V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {    // 在往該 Segment 寫(xiě)入前，先確保獲取到鎖    HashEntry<K,V> node = tryLock() ? null : scanAndLockForPut(key, hash, value);     V oldValue;    try {        // Segment 內(nèi)部數(shù)組        HashEntry<K,V>[] tab = table;        int index = (tab.length - 1) & hash;        HashEntry<K,V> first = entryAt(tab, index);        for (HashEntry<K,V> e = first;;) {            if (e != null) {                K k;                // 更新已有值...            }            else {                // 放置 HashEntry 到特定位置，如果超過(guò)閾值則進(jìn)行 rehash                // 忽略其他代碼...            }        }    } finally {        // 釋放鎖        unlock();    }    return oldValue;}

從上述源碼我們可以看出，Segment 本身是基于 ReentrantLock 實(shí)現(xiàn)的加鎖和釋放鎖的操作，這樣就能保證多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn) ConcurrentHashMap 時(shí)，同一時(shí)間只有一個(gè)線程能操作相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，這樣就保證了 ConcurrentHashMap 的線程安全了。也就是說(shuō) ConcurrentHashMap 的線程安全是建立在 Segment 加鎖的基礎(chǔ)上的，所以我們把它稱(chēng)之為分段鎖或片段鎖，如下圖所示：DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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JDK 1.8 底層實(shí)現(xiàn)

在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap 雖然是線程安全的，但因?yàn)樗牡讓訉?shí)現(xiàn)是數(shù)組 + 鏈表的形式，所以在數(shù)據(jù)比較多的情況下訪問(wèn)是很慢的，因?yàn)橐闅v整個(gè)鏈表，而 JDK 1.8 則使用了數(shù)組 + 鏈表/紅黑樹(shù)的方式優(yōu)化了 ConcurrentHashMap 的實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如下：DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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鏈表升級(jí)為紅黑樹(shù)的規(guī)則：當(dāng)鏈表長(zhǎng)度大于 8，并且數(shù)組的長(zhǎng)度大于 64 時(shí)，鏈表就會(huì)升級(jí)為紅黑樹(shù)的結(jié)構(gòu)。DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

PS：ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 雖然保留了 Segment 的定義，但這僅僅是為了保證序列化時(shí)的兼容性，不再有任何結(jié)構(gòu)上的用處了。DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

JDK 1.8 線程安全實(shí)現(xiàn)

在 JDK 1.8 中 ConcurrentHashMap 使用的是 CAS + volatile 或 synchronized 的方式來(lái)保證線程安全的，它的核心實(shí)現(xiàn)源碼如下：DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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; K fk; V fv;        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)            tab = initTable();        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) { // 節(jié)點(diǎn)為空            // 利用 CAS 去進(jìn)行無(wú)鎖線程安全操作，如果 bin 是空的            if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))                break;         }        else if ((fh = f.hash) == MOVED)            tab = helpTransfer(tab, f);        else if (onlyIfAbsent                 && fh == hash                 && ((fk = f.key) == key || (fk != null && key.equals(fk)))                 && (fv = f.val) != null)            return fv;        else {            V oldVal = null;            synchronized (f) {                   // 細(xì)粒度的同步修改操作...                 }            }            // 如果超過(guò)閾值，升級(jí)為紅黑樹(shù)            if (binCount != 0) {                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)                    treeifyBin(tab, i);                if (oldVal != null)                    return oldVal;                break;            }        }    }    addCount(1L, binCount);    return null;}

從上述源碼可以看出，在 JDK 1.8 中，添加元素時(shí)首先會(huì)判斷容器是否為空，如果為空則使用 volatile 加 CAS 來(lái)初始化。如果容器不為空則根據(jù)存儲(chǔ)的元素計(jì)算該位置是否為空，如果為空則利用 CAS 設(shè)置該節(jié)點(diǎn)；如果不為空則使用 synchronize 加鎖，遍歷桶中的數(shù)據(jù)，替換或新增節(jié)點(diǎn)到桶中，最后再判斷是否需要轉(zhuǎn)為紅黑樹(shù)，這樣就能保證并發(fā)訪問(wèn)時(shí)的線程安全了。我們把上述流程簡(jiǎn)化一下，我們可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為在 JDK 1.8 中，ConcurrentHashMap 是在頭節(jié)點(diǎn)加鎖來(lái)保證線程安全的，鎖的粒度相比 Segment 來(lái)說(shuō)更小了，發(fā)生沖突和加鎖的頻率降低了，并發(fā)操作的性能就提高了。而且 JDK 1.8 使用的是紅黑樹(shù)優(yōu)化了之前的固定鏈表，那么當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大的時(shí)候，查詢(xún)性能也得到了很大的提升，從之前的 O(n) 優(yōu)化到了 O(logn) 的時(shí)間復(fù)雜度，具體加鎖示意圖如下：DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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總結(jié)

ConcurrentHashMap 在 JDK 1.7 時(shí)使用的是數(shù)據(jù)加鏈表的形式實(shí)現(xiàn)的，其中數(shù)組分為兩類(lèi)：大數(shù)組 Segment 和小數(shù)組 HashEntry，而加鎖是通過(guò)給 Segment 添加 ReentrantLock 鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的。而 JDK 1.8 中 ConcurrentHashMap 使用的是數(shù)組+鏈表/紅黑樹(shù)的方式實(shí)現(xiàn)的，它是通過(guò) CAS 或 synchronized 來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的，并且它的鎖粒度更小，查詢(xún)性能也更高。DS528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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