news 2026/8/8 3:31:00

concurrentHashMap原理

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张小明

前端开发工程师

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concurrentHashMap原理

concurrentHashMap的是为了解决HashMap在并发环境中出现的线程安全问题,同时也优化了HashTable在高并发中存在的性能问题,让其性能更接近于HashMap。

高并发问题

HashMap

1.数据丢失问题

2.JDK1.7采用头插法,会导致链表成环,抛出ConcurrentModificationException异常

HashTable

全局使用synchronized锁,读写都需要加锁,性能差。

// Hashtable的解决方案:全局锁 public class Hashtable<K,V> { public synchronized V put(K key, V value) { // 全局一把锁,所有操作串行化 // 性能极差,100个线程要排队 } public synchronized V get(Object key) { // 读操作也要加锁! // 大多数场景下读多写少,这是巨大的浪费 } }

需要解决的问题

concurrentHashMap需要解决如下两个问题,保证线程安全的前提下,让其读写性能趋近于HashMap,所以下文主要探讨,它是如何解决这两个问题的。

  1. 在HashTable的基础上,解决全局锁的性能问题
  2. 让读写性能接近HashMap

JDK1.7中的解决方案

洞察:大多数场景下,key的操作其实互补干扰

假设决策:如果key1和key2在不同的段,为什么不让它们并行?

在该版本中,CHM(concurrentHashMap)使用分段锁优化该问题,将一个HashMap分为16段进行存储,在并发操作中,需要首先定位到key在哪一段,将该段加锁,在定位到桶中存储,来保证线程安全的同时,提升大约16倍的性能。

class Segment<K,V> extends ReentrantLock { // 每个Segment都是一个完整的HashMap结构 HashEntry<K,V>[] table; int count; int modCount; int threshold; float loadFactor; }

存在的问题:

1. 内存浪费:每一段都是一个完整的HashMap结构,16套的元数据

2. 不够灵活:并发度固定为16,不能动态调整

3. 访问开销:需要两次哈希计算(定位Segment + 定位桶)

JDK1.8的解决方案

统计数据表明:

80%的put操作,目标同是空的(无竞争)

15%的操作,桶中只有一个元素(竞争小)

5%的操作,桶中有多个元素(需要真正加锁)

设计决策:

switch(竞争程度):

case 无竞争:用CAS(无锁)

case 低竞争:用synchronized(轻量级锁)

case 高竞争:转红黑树(O(log n)保证)

所以该版本开始CHM使用CAS+synchronized来保证线程安全的同时进一步优化性能。

在put操作时,当桶为空,则使用CAS操作,添加节点;当桶不为空时,则锁住该桶(锁头节点),保证线程安全。get操作完全无锁,至于为什么,下期讲吧。

(源码不分析了,看不懂😭)

并发编程的三个境界

境界1:互斥(悲观锁)

// HashTable的做法:先锁住,再操作 synchronized(this) { } // 思想:默认会有竞争,所以先加锁

境界2:乐观锁(CAS)

// AtomicInteger的做法:先操作,发现冲突再重试 do { oldValue = get(); newValue = oldValue + 1; } while (!compareAndSet(oldValue, newValue)); // 思想:默认没竞争,有冲突再处理

境界3:自适应锁(CHM的做法)

// 智能选择策略 if (无竞争) { 用CAS; // 乐观 } else { 用synchronized; // 悲观 }
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