ConcurrentHashMap 如何保证线程安全(2)

一、JDK 1.7:分段锁(Segment Locking)

核心思想
  • 数据分片 :将整个哈希表拆分为多个Segment(默认16个),每个Segment独立加锁,不同Segment的读写可并行。

  • 锁粒度 :每个Segment继承ReentrantLock,仅操作同一Segment的线程竞争锁。

线程安全实现
  1. 写操作(put)

    • 根据Key的Hash值定位到Segment

    • 获取该Segment的锁(lock())。

    • HashEntry链表内执行插入/更新。

    • 释放锁(unlock())。

  2. 读操作(get)

    • 无需加锁,依赖volatile修饰的HashEntry.value保证可见性。
缺陷
  • 锁粒度较粗 :单个Segment包含多个桶,高并发时仍可能竞争。

  • 扩容效率低 :仅Segment内部的HashEntry数组可扩容,全局扩容需逐个Segment处理。


二、JDK 1.8:CAS + synchronized + 红黑树

核心优化
  • 取消分段锁 :使用全局Node[] table,锁粒度细化到单个桶的头节点

  • 数据结构升级:链表长度≥8且数组长度≥64时,链表转为红黑树(查询时间复杂度O(n)→O(log n))。

  • 并发控制CAS(无锁化) + synchronized(悲观锁)组合。

线程安全实现
  1. 初始化与插入

    • 空桶 :通过CAS添加头节点(无锁)。

    • 非空桶 :用synchronized锁定头节点,遍历链表/红黑树执行操作。

  2. 读操作

    无锁,依赖Node.valvolatile可见性。

关键改进
  • 性能提升

    • 锁竞争概率↓:从16段→数万桶独立锁。

    • 无锁读:volatile变量 + CAS减少阻塞。

  • 扩容优化

    支持多线程协同扩容(ForwardingNode标记迁移状态),避免单点瓶颈。


三、JDK 1.7 vs 1.8 对比总结

维度 JDK 1.7 JDK 1.8
锁机制 分段锁(ReentrantLock CAS + synchronized(桶级锁)
数据结构 数组+链表 数组+链表/红黑树
锁粒度 段级(默认16锁) 桶级(数万锁)
并发性能 中等(段间并行) 高(桶间并行 + 无锁读)
扩容 单Segment独立扩容 多线程协同扩容

四、总结

Q:ConcurrentHashMap如何保证线程安全?JDK 1.8做了哪些优化?
A:
JDK 1.7 采用分段锁

  • 将哈希表拆分为多个Segment(默认16个),每个Segment独立加锁。

  • 写操作需获取目标SegmentReentrantLock,不同Segment的读写可并行。

  • 缺陷:锁粒度较粗,高并发场景性能受限。

JDK 1.8 优化为桶级锁

  • 取消Segment,使用Node[] table+链表/红黑树。

  • 线程安全通过:

    • CAS:初始化数组、插入空桶等无锁操作;

    • synchronized:锁定非空桶的头节点执行写操作;

    • volatile :保证Node.val的可见性(读操作无锁)。

  • 优化点:

    • 锁粒度细化至单个桶,并发度↑;

    • 链表长度≥8且数组≥64时转红黑树,查询效率↑(O(n)→O(log n));

    • 多线程协同扩容,避免阻塞。

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