Java ConcurrentMap 分析

继承于Map

public interface ConcurrentMap<K, V> extends Map<K, V> public class ConcurrentHashMap<K, V> extends AbstractMap<K, V> implements ConcurrentMap<K, V>, Serializable

静态变量（默认值）

    static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    static final int DEFAULT_CONCURRENCY_LEVEL = 16;

    static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    static final int MIN_SEGMENT_TABLE_CAPACITY = 2;

    static final int MAX_SEGMENTS = 1 << 16; // slightly conservative

    static final int RETRIES_BEFORE_LOCK = 2;

Segments

Java的serialization提供了一种持久化对象实例的机制。当持久化对象时，可能有一个特殊的对象数据成员，我们不想用serialization机制来保存它。为了在一个特定对象的一个域上关闭serialization，可以在这个域前加上关键字transient。当一个对象被序列化的时候，transient型变量的值不包括在序列化的表示中，然而非transient型的变量是被包括进去的。

    /** * Segments are specialized versions of hash tables. This * subclasses from ReentrantLock opportunistically, just to * simplify some locking and avoid separate construction. */
    static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable 

左边便是Hashtable的实现方式—锁整个hash表；而右边则是ConcurrentHashMap的实现方式—锁桶（或段）。ConcurrentHashMap将hash表分为16个桶（默认值），诸如get,put,remove等常用操作只锁当前需要用到的桶。试想，原来只能一个线程进入，现在却能同时16个写线程进入（写线程才需要锁定，而读线程几乎不受限制，之后会提到），并发性的提升是显而易见的。
更令人惊讶的是ConcurrentHashMap的读取并发，因为在读取的大多数时候都没有用到锁定，所以读取操作几乎是完全的并发操作，而写操作锁定的粒度又非常细，比起之前又更加快速（这一点在桶更多时表现得更明显些）。只有在求size等操作时才需要锁定整个表。而在迭代时，ConcurrentHashMap使用了不同于传统集合的快速失败迭代器（见之前的文章《JAVA API备忘—集合》）的另一种迭代方式，我们称为弱一致迭代器。在这种迭代方式中，当iterator被创建后集合再发生改变就不再是抛出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改变时new新的数据从而不影响原有的数据，iterator完成后再将头指针替换为新的数据，这样iterator线程可以使用原来老的数据，而写线程也可以并发的完成改变，更重要的，这保证了多个线程并发执行的连续性和扩展性，是性能提升的关键。

核心思想

1、锁分离技术：ConcurrentHashMap首先将数据分成一段一段（segment）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的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。

2、 final 关键字保证HashEntery 对象的不变性，来降低执行读操作的线程在遍历链表期间对加锁的需求：ConcurrentHashMap完全允许多个读操作并发进行，读操作并不需要加锁。HashEntry 中的 key，hash，next 都声明为 final 型。这意味着，不能把节点添加到链接的中间和尾部，也不能在链接的中间和尾部删除节点。这个特性可以保证：在访问某个节点时，这个节点之后的链接不会被改变。这个特性可以大大降低处理链表时的复杂性。同时，HashEntry 类的 value 域被声明为 Volatile 型， 保证其内存可见性。在 ConcurrentHashMap 中，不允许用 unll 作为键和值，当读线程读到某个 HashEntry 的 value 域的值为 null 时，便知道产生了冲突——发生了重排序现象，需要加锁后重新读入这个 value 值。这些特性互相配合，使得读线程即使在不加锁状态下，也能正确访问 ConcurrentHashMap。

3、 Volatile 保证内存可见性：由于内存可见性问题，未正确同步的情况下，写线程写入的值可能并不为后续的读线程可见，通过Volatile 变量可以保证其内存可见性问题。