Java多线程与并发(13-26)-JUC集合- ConcurrentHashMap详解.pdf

【Java多线程与并发】并发集合类`ConcurrentHashMap`是Java程序设计中一个重要的工具，尤其在高并发场景下，它提供了高效的线程安全。`ConcurrentHashMap`在JDK 1.7和1.8中有着显著的区别。在JDK 1.7中，`ConcurrentHashMap`采用了分段锁（Segment）的设计思想，每个Segment是一个独立的可锁容器，类似于线程安全的`HashMap`。Segment的数量由`concurrencyLevel`参数决定，默认为16。这意味着最多可以有16个线程同时写入不同的Segment，从而实现了并行度。Segment内部采用了类似`HashMap`的数据结构，当需要插入元素时，首先通过哈希算法确定元素所在的Segment，然后对该Segment进行加锁，确保在同一时间只有一个线程能修改该Segment。这种设计提高了并发性能，避免了全表锁的开销。然而，Segment数组的大小一旦初始化便不可更改，这限制了动态扩容的能力。 JDK 1.8对`ConcurrentHashMap`进行了重大优化，放弃了分段锁机制，而是使用了基于数组的链表和红黑树数据结构，并结合CAS（Compare and Swap，比较并交换）原语实现无锁或轻量级锁的并发控制。这种设计大大减少了锁的粒度，提升了并发性能。在1.8版本中，当链表长度达到8时，链表会转换为红黑树，以减少查找、插入和删除的时间复杂度。此外，`tryPresize`方法用于预先分配空间，以减少扩容操作的频率。在JDK 1.7中，`ConcurrentHashMap`的put操作首先计算元素的哈希值，定位到对应的Segment，然后获取Segment的锁，执行插入操作。如果当前Segment已满，需要进行rehash，但请注意，这里的rehash仅针对Segment内部的HashEntry数组，而不是整个Segment数组。而在JDK 1.8中，由于采用了新的数据结构，插入操作可能涉及到链表转红黑树的过程，以及在必要时的数据迁移。 `ConcurrentHashMap`在JDK 1.8中的扩容策略比1.7更为高效。当桶（bucket）中的元素数量达到阈值（默认8）时，链表会转换为红黑树。在进行扩容时，1.8版本使用`transfer`方法进行数据迁移，这个过程是在不锁定整个表的情况下进行的，因此可以在并发环境下高效地完成。关于`HashTable`的慢速，主要原因是它使用`synchronized`关键字对所有操作进行同步，导致在多线程环境下，每次修改整个表都需要获取全局锁，严重影响了并发性能。而`ConcurrentHashMap`通过更细粒度的锁控制和无锁或轻量级锁策略，解决了这个问题。总结来说，`ConcurrentHashMap`是Java并发编程中的核心组件，它的设计理念和实现方式随着时间的推移不断演进，以适应更高的并发需求和性能优化。理解和掌握其工作原理对于编写高性能并发代码至关重要。