10、java线性安全_并发容器_conCurrentHashMap

concurrentHashMap并发容器简介：

concurrentHashMap代替同步Map（Collection.synchronized(new HashMap())因为HashMap是根据散列值分段存储的，同步Map在同步的时候会锁住所有的段，而conCurrentHashMap加锁的时候根据散列值锁住散列值对应的那段（segment）提高了并发性能。

conCurrentHashMap与HashMap、HashTable对比

1、HashMap是非线程安全的，

2、HashTable是线程安全的，HashTable采用的是synchronized进行同步，相当于所有线程进行读写时去竞争一把锁，导致效率低下。

3、conCurrentHashMap读操作不需要加锁，写操作只需要根据散列值所在的segment进行加锁，不需要对整个conCurrentHashMap加锁.

conCurrentHashMap内部结构

ConcurrentHashMap为了提高本身的并发能力，在内部采用了一个叫做Segment的结构，一个Segment其实就是一个类Hash Table的结构，Segment内部维护了一个链表数组。

Segment结构

static final class Segment extends ReentrantLock implements Serializable {
    transient volatile int count;---Segment中元素的数量
    transient int modCount;--对table的大小造成影响的操作的数量（如put或者remove）
    transient int threshold;---阈值，Segment元素的数量超过这个值会对Segment进行扩容
    transient volatile HashEntry[] table;--链表数组，数组中的每元素代表一个链表头部
    final float loadFactor;--负载因子，用于确定threshold
}

Segment中的元素是以HashEntry的形式存放在链表数组中的

static final class HashEntry {
    final K key;
    final int hash;
    volatile V value;
    final HashEntry next;  //链表
}

除了value都是final的，目的是防止链表结构被破坏，出现concurrentModification的情况。

源代码解析：

 ConcurrentHashMap是线程安全的HashMap的实现，默认构造同样有initialCapacity和loadFactor属性，不过还多了一个concurrencyLevel属性，三属性默认值分别为16、0.75及16。其内部使用锁分段技术，维持这锁Segment的数组，在Segment数组中又存放着Entity[]数组，内部hash算法将数据较均匀分布在不同锁中。

concurrentLevel：代表concurrentHashMap内部的Segment数量，concurrentLevel一经指定，不可改变，后续如果concurrentHashMap元素数量增加导致扩容。Segment的数量为2的指数：方便采用移位操作进行hash，加快hash过程。每一个segment的容量大小为2的指数：加快hash过程

扩容策略：不会增加segment的数量，而是增加segment中链表数组的容量大小，好处：扩容不需对整个concurrentHashMap做rehash，而只需要对segment中的元素做一次rehash。

操作：

（1）定位元素：定位需要两次hash，第一次hash定位到相应segment块，第二次hash定位到元素所在的链表的头部。

（2）put操作：并没有在此方法上加上synchronized，首先对key.hashcode进行hash操作，得到key的hash值。hash操作的算法和map也不同，根据此hash值计算并获取其对应的数组中的Segment对象(继承自ReentrantLock)，接着调用此Segment对象的put方法来完成当前操作。

ConcurrentHashMap基于concurrencyLevel划分出了多个Segment来对key-value进行存储，从而避免每次put操作都得锁住整个数组。在默认的情况下，最佳情况下可允许16个线程并发无阻塞的操作集合对象，尽可能地减少并发时的阻塞现象。

（3）get(key)

    首先对key.hashCode进行hash操作，基于其值找到对应的Segment对象，调用其get方法完成当前操作。而Segment的get操作首先通过hash值和对象数组大小减1的值进行按位与操作来获取数组上对应位置的HashEntry。在这个步骤中，可能会因为对象数组大小的改变，以及数组上对应位置的HashEntry产生不一致性，那么ConcurrentHashMap是如何保证的？

    对象数组大小的改变只有在put操作时有可能发生，由于HashEntry对象数组对应的变量是volatile类型的，因此可以保证如HashEntry对象数组大小发生改变，读操作可看到最新的对象数组大小。

    在获取到了HashEntry对象后，怎么能保证它及其next属性构成的链表上的对象不会改变呢？这点ConcurrentHashMap采用了一个简单的方式，即HashEntry对象中的hash、key、next属性都是final的，这也就意味着没办法插入一个HashEntry对象到基于next属性构成的链表中间或末尾。这样就可以保证当获取到HashEntry对象后，其基于next属性构建的链表是不会发生变化的。

（4）Remove

hash找到segment，锁住lock此segment进行，再次hash确定链表头部，遍历找到要删除的元素，找到以后将待删除元素前面的那一些元素全部复制一遍，然后再一个一个重新接到链表上去。（不能单纯的指向next，因为HashEntry中的next是final，不允许改变）

总结：   

 ConcurrentHashMap默认情况下采用将数据分为16个段进行存储，并且16个段分别持有各自不同的锁Segment，锁仅用于put和remove等改变集合对象的操作，基于volatile及HashEntry链表的不变性实现了读取的不加锁。这些方式使得ConcurrentHashMap能够保持极好的并发支持，尤其是对于读远比插入和删除频繁的Map而言，而它采用的这些方法也可谓是对于Java内存模型、并发机制深刻掌握的体现。