Java并发：深入解析ConcurrentHashMap源码

"ConcurrentHashMap是Java并发编程中重要的线程安全数据结构，它提供高效且线程安全的Map操作。本文将深入解析ConcurrentHashMap的核心源码，对比HashMap的差异，探讨其线程安全的实现机制。" ConcurrentHashMap的设计与HashMap有所不同，尽管它们在结构上相似，都采用了数组+链表的方式，但ConcurrentHashMap在并发控制上更加精细。它继承了AbstractMap抽象类，实现了Map接口，并提供了HashMap的所有方法，但在内部实现上进行了优化以支持多线程环境下的并发访问。 1. **属性** - **bin数组**：存储数据的单元，初始化时会确保大小为2的幂，以利于高效计算索引。初始化延迟，只有在第一次插入元素时才会创建。 - **table**：实际存储数据的数组，非线程安全的初始化和扩容过程中，会用到额外的控制变量。 - **计数器**：用于统计元素数量，无争用时使用，也在初始化和扩容时提供反馈。 - **扩容控制变量**：标识当前表的状态，如初始化、扩容等。 - **CounterCell**：用于分布式计数，提高并发性能。 - **Node**：数据存储节点，包含了key、value和key的hash值，其中value和next使用volatile保证多线程环境中的可见性。 - **ForwardingNode**：在扩容时起作用，作为占位符指示当前bin已被移动。 2. **构造方法** - **无参构造**：创建一个空的ConcurrentHashMap，初始大小为16。 - **有参构造**：可以指定初始容量，以避免后续的动态扩容；还可以根据给定的Map复制所有映射关系。 3. **并发控制策略** - **分段锁**：不同于synchronized的全局锁，ConcurrentHashMap使用了分段锁技术，将整个表分成多个段，每个段独立加锁，从而允许多个线程同时操作不同的段，提高了并发性能。 - **CAS操作**：在更新计数器和转移节点时，使用CAS（Compare and Swap）操作，这是一种无锁算法，避免了锁的开销，保证了原子性。 - **扩容策略**：当元素数量达到某个阈值时，不是一次性扩容整个表，而是将表分为两半，这种操作可以在多线程环境下并行进行，减少了锁的粒度。 4. **操作流程** - **插入操作**：首先计算key的hash值，然后找到对应的bin，如果bin为空，使用CAS插入新节点；如果bin已满，会进行链表到红黑树的转换，或者在扩容时使用ForwardingNode进行转移操作。 - **查找操作**：同样通过hash值定位到bin，然后遍历链表或红黑树找到目标节点。 - **删除操作**：通过CAS删除节点，确保操作的原子性，同时需要维护链表或红黑树的平衡。 ConcurrentHashMap通过巧妙的设计和使用并发原语，如CAS操作和分段锁，实现了高效且线程安全的Map操作。与HashMap相比，它的并发性能更优，尤其在高并发场景下，是理想的选择。理解其内部工作原理对于优化并发代码和提升系统性能至关重要。