并发编程：深入理解ConcurrentHashMap

本文主要探讨了并发容器中的 ConcurrentHashMap，对比了非线程安全的 HashMap、线程安全但效率低下的 Hashtable 以及通过同步包装器 Collections#synchronizedMap 实现线程安全的 Map。重点讲解了 ConcurrentHashMap 在 JDK 1.7 和 JDK 1.8 中的不同实现方式。 在 Java 中，HashMap 是一种常用的非线程安全的 Map 实现，它允许快速查找和插入元素，但在多线程环境下，多个线程同时操作 HashMap 可能会导致数据一致性问题。HashMap 的迭代器不是 fail-fast 的，因此在迭代过程中修改 Map 会抛出 ConcurrentModificationException。 Hashtable 是一个线程安全的 Map，但它使用了全局锁，即对所有操作都进行了同步，这使得在高并发环境下性能较差，因为所有操作必须串行执行。 Collections#synchronizedMap 方法可以将任何 Map 转换成线程安全的版本，但其原理仍然是在方法级别对整个 Map 进行同步，这与 Hashtable 类似，同样可能导致性能瓶颈。 而 ConcurrentHashMap 是 Java 提供的一个高效线程安全的 Map 实现。在 JDK 1.7 中，它采用了 Segment 分段锁的设计，每个 Segment 类似于一个小型的 HashMap，有自己的锁，这样在多线程环境中，不同 Segment 可以并行操作，提高了并发性能。每个 Segment 内部由 HashEntry 组成链表结构，实现数据存储。 到了 JDK 1.8，ConcurrentHashMap 的设计进一步优化，它放弃了 Segment 结构，转而采用与 HashMap 相似的数组+链表+红黑树的存储结构。但是，与 HashMap 不同的是，ConcurrentHashMap 使用了 CAS（Compare and Swap）操作和更加细粒度的锁，比如在链表或红黑树节点级别进行锁定，这样只锁定需要修改的部分，减少了锁的竞争，进一步提升了并发性能。 总结来说，面试中讨论 ConcurrentHashMap 时，应强调其在高并发环境下的优秀性能，以及不同 JDK 版本下的实现差异，特别是从 JDK 1.7 的分段锁到 JDK 1.8 的 CAS 和细粒度锁的转变，这些知识点对于理解并发编程和 Java 内存模型非常重要。同时，也应该提到在选择线程安全的数据结构时，需要权衡性能和安全性之间的平衡。