ConcurrentHashMap的线程安全实现原理
时间: 2024-07-23 10:00:38 浏览: 44
`ConcurrentHashMap` 是 Java 标准库中的一个重要并发数据结构,它是 `HashMap` 的线程安全版本。它的设计采用了分段(Segmented)的概念,结合了锁分离(Lock striping)以及无锁(Lock-free)的技术来提高性能并保持线程安全性。
**1. 分段(Segmented)**:ConcurrentHashMap 将数据划分为多个独立的部分,每个部分有自己的哈希表(segment),这样就可以在一个部分上进行操作而不会影响到其他部分。这种分割减少了锁的竞争,提高了并发性能。
**2. 锁分离(Lock Striping)**:对于每个哈希桶,使用一个特定范围的锁(reentrant locks)来保护该桶内的元素。这意味着如果有多个线程对同一个桶操作,只需要获取对应的锁,而不是全局的锁。这显著地减少了锁竞争带来的开销。
**3. 并发写入(CAS)和乐观锁**:ConcurrentHashMap 使用原子性的 Compare-and-Swap (CAS) 操作来实现非阻塞的插入、删除和替换操作,这是一种乐观锁策略,假设大部分情况下读操作不需要同步。当冲突发生时,再回滚操作或尝试重新执行。
**4. 阻塞读(Reads are blocking)**:读操作如果遇到争用,会选择阻塞直到锁被释放。这是为了保证读的正确性,确保在修改后的视图下读取数据。
**5. 空闲段回收(Eviction)**:当映射满了之后,ConcurrentHashMap 不直接拒绝新的插入,而是将不再使用的段从内存中移除,腾出空间给新添加的元素。这是通过一种称为 Segregated Storage 的机制实现的。
**6. 冗余数据检查(Casual Lookups)**:为了支持高并发环境下的“casual lookups”(即读操作),它会在本地缓存中查找键值,只有找不到才去实际的 segment 中查找,这进一步减少了锁的竞争。
总的来说,`ConcurrentHashMap` 的实现巧妙地利用了并发技术和优化,使得在高并发场景下能够提供高性能的同时保持数据一致性。然而,虽然读操作相对高效,但写操作仍存在一定的锁定开销,因此在某些极端情况下,可能会比标准的 `HashMap` 更慢。
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