ConcurrentHashMap底层原理介绍

news2024/11/28 22:43:23

概述: ConcurrentHashMap相对于HashMap的性能较差一些,但相比于Hashtable而言性能要高很多,因为Hashtable内部的所有方法都是同步方法,加了synchronized锁,所以性能上比较差,但在多线程环境下是具有很强的安全性的

ConcurrentHashMap避免了对全局加锁改成了局部加锁操作，这样就极大地提高了并发环境下的操作速度.

jdk1.7与jdk1.8的ConcurrentHashMap底层实现又有所不同,当然它们都有共同的一个特点就是键和值不能为null, 因为在并发的环境下, 通过get(key)的时候,你不知道是因为key为null而返回的null还是之前put进去的值为null.

jdk1.7的ConcurrentHashMap

在JDK1.7中ConcurrentHashMap采用了HashEntry+Segment+分段锁的方式实现。

Segment是一种可重入锁（ReentrantLock），HashEntry数组用于存储键值对数据,数组中的每个元素又是一个链表.

如上图, 将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问

ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作。

第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部。

优点:

写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上）.

缺点:

hash操作的过程要比hashmap和jdk1.8的ConcurrentHashMap的过程要长,还加入多个分段锁浪费内存空间, 生产环境中， map 在放入时竞争同一个锁的概率非常小，分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待。

jdk1.8的ConcurrentHashMap

在jdk1.8的ConcurrentHashMap采用了HashEntry+红黑树+cas+synchronized的方式实现.

jdk8 放弃了分段锁而是用了 Node 锁，减低锁的粒度，提高性能，并使用 CAS操作来确保 Node 的一些操作的原子性，取代了锁。put 时首先通过 hash 找到对应链表过后，查看是否是第一个 Node，如是，直接用 cas 原则插入，无需加锁。然后，如果不是链表第一个 Node，则直接用链表第一个 Node 加锁，这里加的锁是 synchronized。

Node：保存key，value及key的hash值的数据结构。其中value和next都用volatile修饰，保证并发的可见性。