你了解ConcurrentHashMap吗？ConcurrentHashMap九连问

多线程环境下，使用Hashmap进行put操作会造成数据覆盖，应该使用支持多线程的 ConcurrentHashMap。

HashMap为什么线程不安全

put的不安全

由于多线程对HashMap进行put操作，调用了HashMap的putVal()，具体原因：

假设两个线程A、B都在进行put操作，并且hash函数计算出的插入下标是相同的；
1. 当线程A执行完第六行由于时间片耗尽导致被挂起，而线程B得到时间片后在该下标处插入了元素，完成了正常的插入；
2. 接着线程A获得时间片，由于之前已经进行了hash碰撞的判断，所有此时不会再进行判断，而是直接进行插入；
3. 最终就导致了线程B插入的数据被线程A覆盖了，从而线程不安全。
代码的第38行处有个++size，线程A、B，这两个线程同时进行put操作时，假设当前HashMap的zise大小为10；
1. 当线程A执行到第38行代码时，从主内存中获得size的值为10后准备进行+1操作，但是由于时间片耗尽只好让出CPU；
2. 接着线程B拿到CPU后从主内存中拿到size的值10进行+1操作，完成了put操作并将size=11写回主内存；
3. 接着线程A再次拿到CPU并继续执行(此时size的值仍为10)，当执行完put操作后，还是将size=11写回内存；
4. 此时，线程A、B都执行了一次put操作，但是size的值只增加了1，所有说还是由于数据覆盖又导致了线程不安全。

java 复制代码

1 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
2 											boolean evict) {
3 	Node <K, V> [] tab; Node <K, V> p; int n, i;
4	if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
5 		n = (tab = resize()).length;
6	if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node < K, V > e;
        K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode <K, V> ) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0;; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    
38  if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

扩容不安全

Java7中头插法扩容会导致死循环和数据丢失，Java8中将头插法改为尾插法后死循环和数据丢失已经得到解决，但仍然有数据覆盖的问题。

这是jdk7中存在的问题

java 复制代码

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    for (Entry <K, V> e: table) {
        while (null != e) {
            Entry <K, V> next = e.next;
            if (rehash) {
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

transfer过程如下：

对索引数组中的元素遍历
对链表上的每一个节点遍历：用 next 取得要转移那个元素的下一个，将 e 转移到新 Hash 表的头部，使用头插法插入节点。
循环2，直到链表节点全部转移
循环1，直到所有索引数组全部转移

注意 e.next = newTable[i] 和newTable[i] = e 这两行代码，就会导致链表的顺序翻转。

扩容操作就是新生成一个新的容量的数组，然后对原数组的所有键值对重新进行计算和写入新的数组，之后指向新生成的数组。当多个线程同时检测到总数量超过门限值的时候就会同时调用resize操作，各自生成新的数组并rehash后赋给该map底层的数组table，结果最终只有最后一个线程生成的新数组被赋给table变量，其他线程的均会丢失。而且当某些线程已经完成赋值而其他线程刚开始的时候，就会用已经被赋值的table作为原始数组，这样也会有问题。

java 复制代码

Map m = Collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(...));

ConcurrentHashMap原理？put执行流程？

回顾hashMap的put方法过程

计算出key的槽位
根据槽位类型进行操作(链表，红黑树)
根据槽位中成员数量进行数据转换，扩容等操作

如何高效的执行并发操作：根据上面hashMap的数据结构可以直观的看到，如果以整个容器为一个资源进行锁定，那么就变为了串行操作。而根据hash表的特性，具有冲突的操作只会出现在同一槽位，而与其它槽位的操作互不影响。基于此种判断，那么就可以将资源锁粒度缩小到槽位上，这样热点一分散，冲突的概率就大大降低，并发性能就能得到很好的增强。

总体上来说，就是采用 Node + CAS + synchronized 来保证并发安全。数据结构跟 HashMap 1.8 的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。Java 8 在链表长度超过一定阈值（8）时将链表（寻址时间复杂度为 O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为 O(log(N))）。

Java 8 中，锁粒度更细，synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要 hash 不冲突，就不会产生并发，就不会影响其他 Node 的读写，效率大幅提升。

ConcurrentHashMap 的get 方法是否需要加锁?

不需要加锁。

通过 volatile 关键字，concurentHashmap能够确保 get 方法的线程安全，即使在写入发生时，读取线程仍然能够获得最新的数据，不会引发并发问题

具体是通过 unsafe#getxxxvolatile 和用 volatile 来修饰节点的 val 和 next 指针来实现的。

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别？

相同点：ConcurrentHashMap 和 Hashtable 都是线程安全的，可以在多个线程同时访问它们而不需要额外的同步措施。

不同点：

Hashtable通过使用synchronized修饰方法的方式来实现多线程同步，因此，Hashtable的同步会锁住整个数组。在高并发的情况下，性能会非常差。ConcurrentHashMap采用了使用数组+链表+红黑树数据结构和CAS原子操作实现；synchronized锁住桶，以及大量的CAS操作来保证线程安全。
Hashtable 读写操作都加锁，ConcurrentHashMap的读操作不加锁，写操作加锁
Hashtable默认的大小为11，当达到阈值后，每次按照下面的公式对容量进行扩充：newCapacity = oldCapacity * 2 + 1。ConcurrentHashMap默认大小是16，扩容时容量扩大为原来的2倍。
Null 键和值： ConcurrentHashMap 不允许存储 null 键或 null 值，如果尝试存储 null 键或值，会抛出 NullPointerException。 Hashtable 也不允许存储 null 键和值。

为什么JDK8不用ReentrantLock而用synchronized

减少内存开销：如果使用ReentrantLock则需要节点继承AQS来获得同步支持，增加内存开销，而1.8中只有头节点需要进行同步。
内部优化：synchronized则是JVM直接支持的，JVM能够在运行时作出相应的优化措施：锁粗化、锁消除、锁自旋等等。

为什么key 和 value 不允许为 null

HashMap中，null可以作为键或者值都可以。而在ConcurrentHashMap中，key和value都不允许为null。

ConcurrentHashMap的作者------Doug Lea的解释如下：

主要意思就是说：

ConcurrentMap（如ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap）不允许使用null值的主要原因是，在非并发的Map中（如HashMap)，是可以容忍模糊性（二义性）的，而在并发Map中是无法容忍的。

假如说，所有的Map都支持null的话，那么map.get(key)就可以返回null，但是，这时候就会存在一个不确定性，当你拿到null的时候，你是不知道他是因为本来就存了一个null进去还是说就是因为没找到而返回了null。

在HashMap中，因为它的设计就是给单线程用的，所以当我们map.get(key)返回null的时候，我们是可以通过map.contains(key)检查来进行检测的，如果它返回true，则认为是存了一个null，否则就是因为没找到而返回了null。

但是，像ConcurrentHashMap，它是为并发而生的，它是要用在并发场景中的，当我们map.get(key)返回null的时候，是没办法通过map.contains(key)(ConcurrentHashMap有这个方法，但不可靠)检查来准确的检测，因为在检测过程中可能会被其他线程锁修改，而导致检测结果并不可靠。

所以，为了让ConcurrentHashMap的语义更加准确，不存在二义性的问题，他就不支持null。

使用了ConcurrentHashMap 就能保证业务的线程安全吗？

需要知道的是，集合线程安全并不等于业务线程安全，并不是说使用了线程安全的集合如ConcurrentHashMap 就能保证业务的线程安全。这是因为，ConcurrentHashMap只能保证put时是安全的，但是在put操作前如果还有其他的操作，那业务并不一定是线程安全的。

例如存在复合操作，也就是存在多个基本操作(如put、get、remove、containsKey等)组成的操作，例如先判断某个键是否存在containsKey(key)，然后根据结果进行插入或更新put(key, value)。这种操作在执行过程中可能会被其他线程打断，导致结果不符合预期。

例如，有两个线程 A 和 B 同时对 ConcurrentHashMap 进行复合操作，如下：

java 复制代码

// 线程 A
if (!map.containsKey(key)) {
	map.put(key, value);
}
// 线程 B
if (!map.containsKey(key)) {
	map.put(key, anotherValue);
}

如果线程 A 和 B 的执行顺序是这样：

线程 A 判断 map 中不存在 key
线程 B 判断 map 中不存在 key
线程 B 将 (key, anotherValue) 插入 map
线程 A 将 (key, value) 插入 map

那么最终的结果是 (key, value)，而不是预期的 (key, anotherValue)。这就是复合操作的非原子性导致的问题。

那如何保证 `ConcurrentHashMap` 复合操作的原子性呢？

ConcurrentHashMap 提供了一些原子性的复合操作，如 putIfAbsent、compute、computeIfAbsent 、computeIfPresent、merge等。这些方法都可以接受一个函数作为参数，根据给定的 key 和 value 来计算一个新的 value，并且将其更新到 map 中。

上面的代码可以改写为：

java 复制代码

// 线程 A
map.putIfAbsent(key, value);
// 线程 B
map.putIfAbsent(key, anotherValue);

或者：

java 复制代码

// 线程 A
map.computeIfAbsent(key, k -> value);
// 线程 B
map.computeIfAbsent(key, k -> anotherValue);

很多同学可能会说了，这种情况也能加锁同步呀！确实可以，但不建议使用加锁的同步机制，违背了使用 ConcurrentHashMap 的初衷。在使用 ConcurrentHashMap 的时候，尽量使用这些原子性的复合操作方法来保证原子性。

SynchronizedMap和ConcurrentHashMap有什么区别？

SynchronizedMap一次锁住整张表来保证线程安全，所以每次只能有一个线程来访问map。

JDK1.8 ConcurrentHashMap采用CAS和synchronized来保证并发安全。数据结构采用数组+链表/红黑二叉树。synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，支持并发访问、修改。

另外ConcurrentHashMap使用了一种不同的迭代方式。当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有的数据，iterator完成后再将头指针替换为新的数据，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变。

你了解ConcurrentHashMap吗？ConcurrentHashMap九连问

HashMap为什么线程不安全

put的不安全

扩容不安全

ConcurrentHashMap原理？put执行流程？

ConcurrentHashMap 的get 方法是否需要加锁?

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别？

为什么JDK8不用ReentrantLock而用synchronized

为什么key 和 value 不允许为 null

使用了ConcurrentHashMap 就能保证业务的线程安全吗？

那如何保证 ConcurrentHashMap 复合操作的原子性呢？

SynchronizedMap和ConcurrentHashMap有什么区别？

那如何保证 `ConcurrentHashMap` 复合操作的原子性呢？