ConcurrentHashMap数据结构分析

引言

HashMap是线程不安全的数据结构,在单线程环境下有较好的执行效率,但不适用于多线程的应用。HashTable使用synchronized来保证线程安全,但在线程竞争激烈的情况下效率非常低下。当一个线程访问HashTable的同步方法时,其他的线程要访问同步方法只能进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行添加元素,线程2不但不能进行put操作,连get操作也不允许。基于以上原因,ConcurrentHashMap便有了用武之地。

锁分段技术

ConcurrentHashMap是线程安全并且高效的HashMap。Hashtable效率低下的原因是所有访问HashTable的线程必须竞争同一把锁。加入容器里有多把锁,每一把锁用于锁容器中的一部分数据,那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时,线程之间就不会存在锁竞争,从而可以有效的提高并发效率,这就是ConcurrentHashMap的锁分段技术。首先将数据分成一段一段的存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个数据段时,其他段的数据也能被其他线程访问。

ConcurrentHashMap的结构

以下是ConcurrentHashMap的类图:
ConcurrentHashMap数据结构分析_第1张图片
ConcurrentHashMap是由Segment数组结构和HashEntry数组结构组成。Segment是一种可重入锁ReentrantLock,在ConcurrentHashMap中扮演锁的角色,HashEntry则用于存储键值对数据。一个ConcurrentHashMap中包含一个Segment数组,Segment的结构和HashMap类似,是一种数组和链表结构。一个Segment里面包含一个HashEntry数组,每个HashEntry是一个链表的元素。每个Segment拥有一个锁,当对HashEntry数组的数据进行修改时,必须先获得对应的Segment锁,如图所示:
ConcurrentHashMap数据结构分析_第2张图片

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