Concurrenthashmap知识点

https://blog.csdn.net/a979331856/article/details/105922069

线程安全类的比较：

1> Hashtable：本身比较低效，它的实现基本就是把put、get等方法加上synchronized锁。这就导致了所有的并发操作全都要竞争同一把锁，降低了并发场景下的效率。

2> Collections.synchronized：它的实现没有锁方法，是相当于锁代码块的形式，并发场景下的效率跟hashtable没什么区别。

3> Concurrenthashmap：1.7中，是由segment数组和Entry数组构成的，每个segment相当于一个段，里边的每个元素就是一个entry数组，entry数组的每个元素就是具体的键值对，里边的每个元素都有一个next指针。put的时候，经过hash运算，可能会形成一个链表结构。所以1.7的concurrenthashmap是由数组+链表构成，另外一点就是在对entry数组做修改的时候，必须首先获取与之对应的segment锁，这就是分段锁，减小并发场景下锁的范围，提高效率。1.8中，concurrenthashmap选择了与hashmap相同的数组+链表+红黑树的结构，在锁的实现上，是锁住entry数组的每个元素上，也就是锁住了链表的头结点上，不会影响table元素的读写，范围更小，效率更高。

 

1.8中concurrenthashmap为什么采用synchronized，而不是其他锁呢：在jdk1.8中，synchnized得到了优化，另外，synchronized涉及到了一个锁升级的过程，无锁->偏向锁->轻量级锁->重量级锁 一步步转换，并不是我们认为的就是重量级锁。

 

https://blog.csdn.net/F_Hello_World/article/details/104666734

Synchronized的锁升级过程：当一个对象被创建存储在内存里边会涉及到一个对象头，里边有一块区域叫mark word，会保存一个无锁的状态。在一个线程访问到被synchronized修饰的代码块时，会将该线程的id保存到到mark world相应的区域，同时更改锁的状态为偏向锁。

当出现了锁竞争的情况下，会看下当前线程还持有该锁不，若没有，就重新上偏向锁，若还是持有偏向锁，就将偏向锁转化为轻量级锁，并且这种锁的升级是不可逆的。因为这种转化会stop the world，因此对于一些多线程场景较多的应用，可以设置jvm参数，让应用不使用偏向锁。

轻量级锁有两种：自旋锁，自适应自旋锁。对于自旋锁就是一个线程正持有该锁，另外一个线程进来了就等着，相当于执行一个循环，只到成功获取到了锁。但是循环是要消耗资源的，不可能让线程在那一直循环，就设置了一个固定的循环次数10，超过了10回就认为你获取不到该锁了，执行下一步操作，比如升级成重量级锁。对于自适应自旋锁，没有固定的循环次数，而是对于每个锁有一个学习能力，就是说对于某个锁，一个线程循环了5次拿到了，那么下一个线程也循环5次去获取这个锁，获取不到，就直接转成重量级锁。

重量级锁是通过一个监视器锁对象monitor实现的,monitor随着对象的创建而创建。线程获取锁可以理解为获取monitor，成功之后会对monitor对象加一，释放掉了就减一。这种加一减一实际上是通过操作系统的mutex（互斥）、lock实现的。操作系统实现mutex、lock需要从用户态转换成核心态，成本比较大，耗费时间长。这就是synchronized效率低的原因。1.6之前，synchronized主要是依靠操作系统的mutex、lock指令，比较耗费资源，之后引入了偏向锁和轻量级锁的概念，提高了效率，这也是1.8中，concurrenthashmap使用synchronized锁的原因。

 

为什么concurrenthashmap中的key和value不能为空：concurrenthashmap和hashtable都是支持并发的，这样，在get(key)结果为null的时候，就无法判断是key值对应的value是null，还是这个key值没有做过映射。HashMap是非并发的，可以通过contains(key)来做这个判断。而支持并发的Map在调用m.contains（key）和m.get(key),m可能已经不同了。

 

Java中快速失败和安全失败：快速失败就是在迭代遍历集合对象时，另外一个线程对该集合做了修改，增加，删除的操作，会直接抛出Concurrent Modification Exception异常。是因为一个线程迭代集合时，会依赖一个modcount变量，它是一个统计该集合被修改次数的变量。在线程迭代遍历时，若modcount不等于期待的值，就会抛出异常。

安全失败的意思是线程迭代集合时，会将原先的集合复制出来一个copy集合，然后迭代copy出来的集合，因此无论别的线程对集合做什么修改是不会影响迭代操作的。但是并发场景下造成的影响就是迭代的集合可能不是最新的集合，另外copy集合也造成了资源的损失。

java.util包下除了Java.util.concurrent是安全失败，其余集合类都是快速失败。

 

Concurrenthashmap是get的时候如何保证线程安全的：存储元素的entry对象中value属性是加了volatile关键字修饰的，根据JMM的happen before原则，写操作一定在读操作之前，保证了value值的内存可见性。

 

Concurrenthashmap的put方法过程：最开始是检查key值对应的桶是否初始化，然后判断桶内是否已经有元素，若没有元素的话，就用CAS的方式添加元素，当然可能会有添加失败的情况，就采用自旋的方式只到添加成功。若有元素，则先判断第一个元素的hash值是否是MOVED(-1)，若是，证明集合正在扩容，那么该线程就帮助扩容（把整个数组分块交给线程扩容，会记录下来扩容的进度，及每个线程负责的区域，只到扩容结束）。若不等于MOVED，就将桶中的第一个元素上锁，之后再判断第一个元素是否改变（因为上锁的过程中可能其他线程对其做了改变），发生了改变就从头再来，若没有发生改变，当第一个元素的hash值大于0，说明是链表节点，就遍历链表，添加或覆盖key值对应的value，添加成功过后，判断链表是否大于8，若大于8，进行链表转红黑树的操作。同时给数组元素计数。若小于0且不等于MOVED(-1)，执行红黑树添加操作。

 

Concurrenthashmap的get方法过程：根据key值定位到具体的桶，若没有数据，直接返回null。若桶内有数据，且第一个元素刚好是要get的key，就直接返回；若第一个的元素的hash值小于0，说明可能正在扩容，或存储数据的结构为树，调用Node类的find方法查找；否则为链表结构，循环遍历桶内节点去get（key）.

hash值大于0说明是链表节点，小于0说明在在迁移或者是树。

 

Concurrenthashmap的size计数方法过程：主要是通过baseCount变量来记录集合中元素的个数。当执行了put或remove方法之后，会首先通过CAS更改baseCount的值。并发场景下，可能会更改失败，这个时候，会将baseCount的更改保存到一个叫CountCell数组中，CountCell对象中有一个被volaitle修饰的变量value，保存成功后，再遍历数组，求和更新baseCount值。