ConcurrentHashMap 线程安全的具体实现方式

ConcurrentHashMap 是 Java 并发包中提供的一个线程安全且高效的 HashMap 实现，以弥补 HashMap 不适合在并发环境中操作使用的不足，本文就来分析下 ConcurrentHashMap 的实现原理，并对其实现原理进行分析！

一、摘要

在之前的集合文章中，我们了解到 HashMap 在多线程环境下操作可能会导致程序死循环的线上故障！

 

既然在多线程环境下不能使用 HashMap，那如果我们想在多线程环境下操作 map，该怎么操作呢？

 

其中有一个解决办法就是使用 java 并发包下的 ConcurrentHashMap 类！

二、简介

众所周知，在 Java 中，HashMap 是非线程安全的，如果想在多线程下安全的操作 map，主要有以下解决方法：

  • 第一种方法，使用Hashtable线程安全类；

  • 第二种方法，使用Collections.synchronizedMap方法，对方法进行加同步锁；

  • 第三种方法，使用并发包中的ConcurrentHashMap类；

在之前的文章中，关于 Hashtable 类，我们也有所介绍，Hashtable 是一个线程安全的类，Hashtable 几乎所有的添加、删除、查询方法都加了synchronized同步锁！

 

相当于给整个哈希表加了一把大锁，多线程访问时候，只要有一个线程访问或操作该对象，那其他线程只能阻塞等待需要的锁被释放，在竞争激烈的多线程场景中性能就会非常差，所以 Hashtable 不推荐使用！

 

再来看看第二种方法，使用Collections.synchronizedMap方法，我们打开 JDK 源码，部分内容如下：

可以很清晰的看到，如果传入的是 HashMap 对象，其实也是对 HashMap 做的方法做了一层包装，里面使用对象锁来保证多线程场景下，操作安全，本质也是对 HashMap 进行全表锁！

使用Collections.synchronizedMap方法，在竞争激烈的多线程环境下性能依然也非常差，所以不推荐使用！

上面 2 种方法，由于都是对方法进行全表锁，所以在多线程环境下容易造成性能差的问题，因为** hashMap 是数组 + 链表的数据结构，如果我们把数组进行分割多段，对每一段分别设计一把同步锁，这样在多线程访问不同段的数据时，就不会存在锁竞争了，这样是不是可以有效的提高性能？**

 

再来看看第三种方法，使用并发包中的ConcurrentHashMap类！

ConcurrentHashMap 类所采用的正是分段锁的思想，将 HashMap 进行切割，把 HashMap 中的哈希数组切分成小数组，每个小数组有 n 个 HashEntry 组成，其中小数组继承自ReentrantLock（可重入锁），这个小数组名叫Segment， 如下图：

当然，JDK1.7 和 JDK1.8 对 ConcurrentHashMap 的实现有很大的不同！

 

JDK1.8 对 HashMap 做了改造，当冲突链表长度大于 8 时，会将链表转变成红黑树结构，上图是 ConcurrentHashMap 的整体结构，参考 JDK1.7！

我们再来看看 JDK1.8 中 ConcurrentHashMap 的整体结构，内容如下：

JDK1.8 中 ConcurrentHashMap 类取消了 Segment 分段锁，采用 CAS + synchronized 来保证并发安全，数据结构跟 jdk1.8 中 HashMap 结构类似，都是数组 + 链表（当链表长度大于 8 时，链表结构转为红黑二叉树）结构。

 

ConcurrentHashMap 中 synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，只要节点 hash 不冲突，就不会产生并发，相比 JDK1.7 的 ConcurrentHashMap 效率又提升了 N 倍！

说了这么多，我们再一起来看看 ConcurrentHashMap 的源码实现

三、JDK1.7 中的 ConcurrentHashMap

JDK 1.7 的 ConcurrentHashMap 采用了非常精妙的分段锁策略，打开源码，可以看到 ConcurrentHashMap 的主存是一个 Segment 数组。

我们再来看看 Segment 这个类，在 ConcurrentHashMap 中它是一个静态内部类，内部结构跟 HashMap 差不多，源码如下：

存放元素的 HashEntry，也是一个静态内部类，源码如下：

 

对于这里的CurrentHashMap的情况理解自己先看看资料，确实一下是不是

 

五、总结

虽然 HashMap 在多线程环境下操作不安全，但是在 java.util.concurrent 包下，java 为我们提供了 ConcurrentHashMap 类，保证在多线程下 HashMap 操作安全！

在 JDK1.7 中，ConcurrentHashMap 采用了分段锁策略，将一个 HashMap 切割成 Segment 数组，其中 Segment 可以看成一个 HashMap， 不同点是 Segment 继承自 ReentrantLock，在操作的时候给 Segment 赋予了一个对象锁，从而保证多线程环境下并发操作安全。

但是 JDK1.7 中，HashMap 容易因为冲突链表过长，造成查询效率低，所以在 JDK1.8 中，HashMap 引入了红黑树特性，当冲突链表长度大于 8 时，会将链表转化成红黑二叉树结构。

在 JDK1.8 中，与此对应的 ConcurrentHashMap 也是采用了与 HashMap 类似的存储结构，但是 JDK1.8 中 ConcurrentHashMap 并没有采用分段锁的策略，而是在元素的节点上采用 CAS + synchronized 操作来保证并发的安全性，源码的实现比 JDK1.7 要复杂的多。

 

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