ConcurrentHashMap解析

一 ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的区别主要体现在实现线程安全的方式上不同。

• 底层数据结构： JDK1.7 的 ConcurrentHashMap 底层采用分段的数组+链表 实现，JDK1.8采用的数据结HashMap1.8 的结构一样，数组+链表/红黑二叉树。 Hashtable 和JDK1.8 之前的 HashMap 的底层数据结构类似都是采用数组+链表 的形式，数组是HashMap 的主体，链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的；

• 实现线程安全的形式（重要）：

1. 在 JDK1.7 的时候， ConcurrentHashMap （分段锁）对整个桶数组进行了分割分段( Segment )，每一把锁只锁容器其中一部分数据，多线程访问容器里不同数据段的数据，就不会存在锁竞争，提高并发访问率。 到了 JDK1.8 的时候已经摒弃了 Segment 的概念，而是直接用Node 数组+链表+红黑树的数据结构来实现，并发控制使用synchronized 和 CAS 来操作。（JDK1.6 以后 对 synchronized 锁做了很多优化） 整个看起来就像是优化过且线程安全的 HashMap ，虽然在 JDK1.8 中还能看到Segment 的数据结构，但是已经简化了属性，只是为了兼容旧版本；
2. Hashtable (同一把锁) :使用synchronized 来保证线程安全，效率非常低下。当多个线程访问同步方法时，其他线程也访问同步方法，可能会进入阻塞或轮询状态，如使使用put 添加元素，另一个线程不能使用put 添加元素，也不能使用get，竞争会越来越激烈效率越低。

JDK1.8 的 ConcurrentHashMap：
JDK1.8 的 ConcurrentHashMap 不在是 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表，而是 Node 数
组 + 链表 / 红⿊树。不过，Node 只能用于链表的情况，红黑树的情况需要使用 TreeNode 。当
冲突链表达到一定程度时，链表会转换成红黑树。

二 ConcurrentHashMap线程安全的具体实现形式/底层具体实现

1.JDK1.7

• 先将数据分为一段一段的存储，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
  段数据时，其他段的数据也能被其他线程访问。
  ConcurrentHashMap 是由 Segment 数组结构和 HashEntry 数组结构组成。
  Segment 实现了 ReentrantLock ,所以 Segment 是一种可重入锁，扮演锁的⻆色。 HashEntry 用
  于存储键值对数据。

  static class Segment extends ReentrantLock implements Serializable {
  }
  

  一个 ConcurrentHashMap 里包含一个Segment 数组。 Segment 的结构和HashMap 类似，是
  一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个HashEntry 是一个链表
  结构的元素，每个 Segment 守护着一个 HashEntry 数组里的元素，当对HashEntry数组的数
  据进行修改时，必须得先获得对应的Segment的锁。

2. JDK1.8

• ConcurrentHashMap 取消了Segment分段锁，采用CAS和synchronized 来保证并发安全。数
  据结构跟 HashMap1.8 的结构类似，数组+链表/红黑二叉树。Java 8 在链表长度超过一定阈值
  （8）时将链表（寻址时间复杂度为 O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为 O(log(N))）
  synchronized 只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，这样只要 hash 不冲突，就不会产生并
  发，效率又提升 N 倍。

三 CAS

解决轻微冲突的多线程并发场景下使用锁造成性能损耗的一种机制，每一次操作都进行加锁和解锁的成本是很高的，在并发较低的情况下使用这种是很奢侈的，CAS是先比较如果不符合预期就进行重试，如果成功了或者达到了某个阈值就退出，他包括是三个操作要素，内存位置，预期原值和新值

public final int getAndIncrement（）{
    for(;;){
        int current = get();
        int next = current +1;
        if (compareAndSet(current, next)){
            return current;
        }
    }
}

CAS的这波操作也有一个问题，就ABA问题，如果一个操作，本来的数据是A，然后被改成B，最后又被改成A，那么CAS是无法识别的，解决方案是记录数据的修改。

四 ConcurrentHashMap是在哪里加锁的

• JDK1.7
  是锁在Segment上的，因为他继承了ReentrantLock
• JDK1.8
  是通过CAS和synchronized来保证并发安全，CAS是判断数组中增加链表头节点时处理，synchronized是放在链表的首节点上。