说一说ConcurrentHashMap的实现原理

标准回答

在JDK8中，ConcurrentHashMap的底层数据结构与HashMap一样，也是采用“数组+链表+红黑树”的形式。同时，它又采用锁定头节点的方式降低了锁粒度，以较低的性能代价实现了线程安全。底层数据结构的逻辑可以参考HashMap的实现，下面我重点介绍它的线程安全的实现机制。

1. 初始化数组或头节点时，ConcurrentHashMap并没有加锁，而是CAS的方式进行原子替换（原子操作，基于Unsafe类的原子操作API）。

2. 插入数据时会进行加锁处理，但锁定的不是整个数组，而是槽中的头节点。所以，ConcurrentHashMap中锁的粒度是槽，而不是整个数组，并发的性能很好。

3. 扩容时会进行加锁处理，锁定的仍然是头节点。并且，支持多个线程同时对数组扩容，提高并发能力。每个线程需先以CAS操作抢任务，争抢一段连续槽位的数据转移权。抢到任务后，该线程会锁定槽内的头节点，然后将链表或树中的数据迁移到新的数组里。

4. 查找数据时并不会加锁，所以性能很好。另外，在扩容的过程中，依然可以支持查找操作。如果某个槽还未进行迁移，则直接可以从旧数组里找到数据。如果某个槽已经迁移完毕，但是整个扩容还没结束，则扩容线程会创建一个转发节点存入旧数组，届时查找线程根据转发节点的提示，从新数组中找到目标数据。

加分回答

ConcurrentHashMap实现线程安全的难点在于多线程并发扩容，即当一个线程在插入数据时，若发现数组正在扩容，那么它就会立即参与扩容操作，完成扩容后再插入数据到新数组。在扩容的时候，多个线程共同分担数据迁移任务，每个线程负责的迁移数量是 (数组长度 >>> 3) / CPU核心数。

也就是说，为线程分配的迁移任务，是充分考虑了硬件的处理能力的。多个线程依据硬件的处理能力，平均分摊一部分槽的迁移工作。另外，如果计算出来的迁移数量小于16，则强制将其改为16，这是考虑到目前服务器领域主流的CPU运行速度，每次处理的任务过少，对于CPU的算力也是一种浪费。