面试刷题10:ConcurrentHashMap如何保证线程安全？

集合框架中的HashTable,Stack，以及同步包装集合在高并发场景下都非常低效，java提供了并发包应对高并发场景。


我是李福春，我在准备面试，今天的问题是？

java提供了哪些并发的容器？ConcurrentHashMap如何保证线程安全？

java体系中的并发容器

java体系中有如下同步容器：

1， HashTable,Stack 同步容器，内部使用sychronized关键字保证同步操作；

2，同步包装器Collections.synchronizedMap(),内部也使用sychronized关键字保证同步操作；

3，并发包提供的同步容器，比如ConcurrentHashMap , CopyOnWriteArrayList , ArrayBlockingQueue,SynchronizedQueue

ConcurrentHashMap的同步分析

为何会出现ConcurrenHashMap?

1, HashTable在高并发场景下性能低下；

2，HashMap 不是线程安全的容器；

3，同步包装器虽然使用同步方法快提升了部分性能，但是还是不适合高并发场景下的性能需求；



接下来回答问题，ConcurrentHashMap如何保证线程安全？

java7

java7版本使用的是分离锁（segment）实际上是一种再入锁（RetrantLock）来保证线程安全;
segment的数量是concurrentLevel决定，默认值是16；




扩容的时候是针对单个segment扩容的，写操作也是，修改数据的时候锁定的部分，所以比较高效；


但是后去size可能不太准确。

数据结构如下图：

java8

java8中segment依然存在，不过不起结构上的作用，只起到保证序列化的兼容性。


内部使用volatile来保证数据存储的可见性；


利用CAS操作，在特定场景下进行无锁并发操作，内部的锁实际用的是syncronized；


因为在jdk8中，syncronized已经得到性能的优化，并且对比再入锁可以减少内存消耗。


见代码：

 
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) { if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());
    int binCount = 0;
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        Node<K,V> f; int n, i, fh; K fk; V fv;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            tab = initTable();
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            // 利用CAS去进行无锁线程安全操作，如果bin是空的
            if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))
                break; 
        }
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f);
        else if (onlyIfAbsent // 不加锁，进行检查
                 && fh == hash
                 && ((fk = f.key) == key || (fk != null && key.equals(fk)))
                 && (fv = f.val) != null)
            return fv;
        else {
            V oldVal = null;
            synchronized (f) {
                   // 细粒度的同步修改操作... 
                }
            }
            // Bin超过阈值，进行树化
            if (binCount != 0) {
                if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                    treeifyBin(tab, i);
                if (oldVal != null)
                    return oldVal;
                break;
            }
        }
    }
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}
 

小结

本节回答了java提供的并发容器分类，以及ConcurrentHashMap在java7,java8中的是如何保证线程安全的。


面试官喜欢问分离锁，画一下数据结构就明确了。

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