解密ConcurrentHashMap分段锁：cas源码解析

本文主要探讨了Java并发工具类ConcurrentHashMap中的分段锁消失现象，以及与Intel x86架构下的cas (Compare and Swap) 操作相关的核心原理。 ConcurrentHashMap是Java并发包中一种高效的哈希表实现，它通过将数据结构划分为多个独立的段（Segment），每个段有自己的锁机制，从而实现了高并发性能。 在多线程环境下，当多个线程试图访问不同的Segment时，可以并行执行，避免全局锁带来的性能瓶颈。然而，文章关注的焦点在于当一个线程持有某个Segment的锁，而其他线程尝试对同一Segment进行操作时，为何会遇到cas操作失败的情况，即分段锁似乎“消失”了。 首先，cas操作是一种原子性的CPU指令，用于在不引起内存可见性冲突的情况下更新共享变量的值。在ConcurrentHashMap中，cas操作被用于同步对Segment的修改。当一个线程获得某Segment的锁后，其他线程尝试对该Segment进行cas操作，但由于持有锁的线程可能已经完成了对Segment的某些操作，导致cas条件不满足，此时cas会返回失败，不会立即释放锁，这就形成了看似锁“消失”的现象。 其次，文章深入剖析了cas操作的特性，尤其是在Intel x86架构下，cas操作可能涉及缓存一致性问题。当cas失败时，线程需要处理cas失败后的回滚操作，这可能涉及到缓存刷新和内存屏障，使得其他线程有机会感知到变化并重新尝试cas。因此，尽管锁并未实际消失，但其行为在并发编程的复杂交互中显得不直观。 此外，文章还提到了Intel对于软件开发者的指导原则，特别是对于处理像ConcurrentHashMap这样的“关键任务应用”（Mission-Critical Application）的注意事项。开发者在设计时需要充分考虑处理器架构的细节，如内存模型、缓存层次和指令集特性，以确保程序的正确性和性能。 总结来说，本文揭示了ConcurrentHashMap分段锁消失现象背后的底层原理，展示了cas操作在并发控制中的微妙作用，并提醒开发者在处理高并发场景时要考虑硬件和指令集的具体特性和约束。通过深入理解这些知识，程序员可以更好地优化并发程序的性能，避免潜在的竞态条件和死锁问题。