JDK1.7 ConcurrentHashMap 深度解析：安全与效率的秘密

"JDK1.7中的ConcurrentHashMap在并发编程中是一个重要的数据结构，它保证了线程安全的同时提供了高效的性能。本文将深入分析其初始化、添加元素、扩容以及获取长度等操作的实现原理。在分析之前，我们先了解一个关键的内部类——Unsafe，它是Java中的一个特殊类，提供了硬件级别的原子操作，对于并发控制有着重要作用。 ### 二、ConcurrentHashMap的初始化 JDK1.7的ConcurrentHashMap采用了分段锁的设计，每个哈希表由多个Segment组成，每个Segment实际上就是一个小的Hash表，这样可以在多线程环境下提高并发性。当创建一个新的ConcurrentHashMap时，会根据默认的初始容量（16）和负载因子（0.75）来计算出所需的Segment数量，并为每个Segment分配一个初始的Hash表。 ### 三、添加元素的安全性 在添加元素时，ConcurrentHashMap首先通过哈希函数确定元素应该放入哪个Segment。每个Segment内部使用了CAS（Compare and Swap）操作来保证线程安全。如果插入时发现目标位置已经有元素存在，它会尝试更新已有元素，如果更新失败，则会进行重新散列和尝试，直到成功。这种无阻塞的添加方式大大提高了并发性能。 ### 四、扩容机制 当一个Segment的负载因子达到阈值时，会触发扩容操作。扩容过程中，新的Segment会被创建，旧的元素会被重新散列到新的Segment中。这个过程是线程安全的，因为每个Segment的扩容操作是独立的，并且使用了Unsafe类的原子操作来确保在并发环境下不会出现数据不一致的情况。 ### 五、获取集合长度 ConcurrentHashMap的大小不是简单地所有Segment大小之和，而是通过一个全局计数器来维护。在多线程环境下，读取这个计数器的值是原子的，这同样得益于Unsafe类提供的原子操作。因此，调用size()方法时，可以快速准确地获取到容器的当前元素数量。 ### 六、Unsafe在ConcurrentHashMap中的应用 在ConcurrentHashMap的实现中，Unsafe类被用来进行一些底层的内存操作，例如直接在内存中读写元素，避免了不必要的同步开销。例如，通过`arrayBaseOffset`和`arrayIndexScale`方法，可以获取数组的基础偏移量和元素间的偏移间隔，从而直接对数组中的元素进行原子操作，如`putOrderedObject`和`getObjectVolatile`。 总结，JDK1.7的ConcurrentHashMap通过分段锁和Unsafe类实现了高并发下的线程安全，其设计巧妙地平衡了安全性与性能。然而，由于Unsafe类的使用涉及到JVM的内部实现，因此在实际开发中应谨慎使用，避免因JDK版本升级导致的兼容性问题。"