ConcurrentHashMap的锁分段机制

ConcurrentHashMap的锁分段机制是指将整个Map分成多个Segment（段），每个Segment内部都有一个锁，不同Segment之间互不影响，这样多个线程可以同时对不同的Segment进行操作，从而提高并发性能。

具体来说，ConcurrentHashMap内部有一个Segment数组，每个Segment都是一个单独的Hash表，每个Segment内部都有一个ReentrantLock锁，当多个线程同时访问不同的Segment时，它们可以同时进行操作，而当多个线程同时访问同一个Segment时，它们会竞争这个Segment内部的锁。

这种锁分段机制的优点是可以在保证线程安全的前提下提高并发性能，因为多个线程可以同时对不同的Segment进行操作，从而避免了所有线程都竞争同一个锁的情况，而缺点是需要占用更多的内存空间，因为需要维护多个Segment。

相关问题

concurrenthashmap的分段锁理念

### ConcurrentHashMap 的分段锁实现原理

#### 分段锁的设计理念
为了提升并发性能并保持线程安全性，`ConcurrentHashMap`采用了分段锁（Segment Locking）策略。通过将整个哈希表分割成多个部分（称为 Segments），每个 Segment 都有自己的锁定机制，在执行写入操作时只针对特定的 Segment 加锁，而不是全局加锁。

这种设计使得不同的线程可以在同一时间修改不同 Segment 中的数据项而互不干扰，从而显著提高了多线程环境下的吞吐量[^2]。

#### 数据结构概述
在 JDK 1.8 版本之前，`ConcurrentHashMap` 使用 `Segment[]` 数组作为顶层容器，其中每一个元素都是一个类似于传统 HashMap 结构的对象。具体来说：

- **Segment 数组**：数组长度通常是2的幂次方数，默认大小为16。
- **HashEntry 列表**：每个 Segment 维护着若干条链表或红黑树形式存储实际 key-value 映射关系的节点列表。

static final class HashEntry<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    volatile V value;
    volatile HashEntry<K,V> next;

    HashEntry(int hash, K key, V value, HashEntry<K,V> next) {
        this.hash = hash;
        this.key = key;
        this.value = value;
        this.next = next;
    }
}

此代码片段展示了早期版本中用于表示单个散列映射实体的内部静态类定义[^4]。

#### 锁定粒度控制
对于插入、更新以及删除等可能引起状态变化的操作而言，程序只会对涉及的那个特定 segment 上施加独占式的写锁；而对于单纯的读取请求，则允许其自由穿越各个 segments 而无需等待任何锁资源释放出来即可完成查询工作。这样的安排既保障了必要的同步约束条件得以满足，又尽可能减少了因竞争所造成的阻塞现象发生概率[^3]。

#### 扩容处理方式
随着负载增加，当某个segment内的bucket数目达到一定阈值之后就会触发扩容流程。值得注意的是，这里的扩展动作并不是一次性覆盖全部区域而是逐一分配给各独立单元去单独负责完成各自的调整过程。因此即使是在大规模数据集上也能维持较好的响应速度和稳定性表现。

ConcurrentHashMap 分段加锁机制

ConcurrentHashMap 是 Java 中的一个线程安全的哈希表，它采用了分段加锁机制来提高并发访问性能。具体来说，ConcurrentHashMap 内部将哈希表分为多个段（Segment），每个段是一个独立的哈希表，它们之间互不影响，可以独立扩容和收缩。每个段内部采用了 synchronized 关键字对操作进行加锁，不同的段之间可以并发访问，从而提高了并发性能。

ConcurrentHashMap 的分段加锁机制能够充分利用多核 CPU 的优势，但是在高并发场景下，也会存在一定的锁竞争问题。为了进一步提高性能，Java 8 中对 ConcurrentHashMap 进行了优化，引入了 CAS（Compare and Swap）操作和链表转红黑树等机制，从而进一步减少锁的竞争，提高并发性能。