ConcurrentHashMap 实现原理

由于 HashMap 是一个线程不安全的容器,主要体现在容量大于总量*负载因子发生扩容时会出现环形链表从而导致死循环。

因此需要支持线程安全的并发容器 ConcurrentHashMap 。

数据结构

《ConcurrentHashMap 实现原理》

如图所示,是由 Segment 数组、HashEntry 数组组成,和 HashMap 一样,仍然是数组加链表组成。

ConcurrentHashMap 采用了分段锁技术,其中 Segment 继承于 ReentrantLock。不会像 HashTable 那样不管是 put 还是 get 操作都需要做同步处理,理论上 ConcurrentHashMap 支持 CurrencyLevel (Segment 数组数量)的线程并发。每当一个线程占用锁访问一个 Segment 时,不会影响到其他的 Segment

get 方法

ConcurrentHashMap 的 get 方法是非常高效的,因为整个过程都不需要加锁。

只需要将 Key 通过 Hash 之后定位到具体的 Segment ,再通过一次 Hash 定位到具体的元素上。由于 HashEntry 中的 value 属性是用 volatile 关键词修饰的,保证了内存可见性,所以每次获取时都是最新值

put 方法

内部 HashEntry 类 :

    static final class HashEntry<K,V> {
        final int hash;
        final K key;
        volatile V value;
        volatile HashEntry<K,V> next;

        HashEntry(int hash, K key, V value, HashEntry<K,V> next) {
            this.hash = hash;
            this.key = key;
            this.value = value;
            this.next = next;
        }
    }

虽然 HashEntry 中的 value 是用 volatile 关键词修饰的,但是并不能保证并发的原子性,所以 put 操作时仍然需要加锁处理。

首先也是通过 Key 的 Hash 定位到具体的 Segment,在 put 之前会进行一次扩容校验。这里比 HashMap 要好的一点是:HashMap 是插入元素之后再看是否需要扩容,有可能扩容之后后续就没有插入就浪费了本次扩容(扩容非常消耗性能)。

而 ConcurrentHashMap 不一样,它是先将数据插入之后再检查是否需要扩容,之后再做插入。

size 方法

每个 Segment 都有一个 volatile 修饰的全局变量 count ,求整个 ConcurrentHashMap 的 size 时很明显就是将所有的 count 累加即可。但是 volatile 修饰的变量却不能保证多线程的原子性,所有直接累加很容易出现并发问题。

但如果每次调用 size 方法将其余的修改操作加锁效率也很低。所以做法是先尝试两次将 count 累加,如果容器的 count发生了变化再加锁来统计 size

至于 ConcurrentHashMap 是如何知道在统计时大小发生了变化呢,每个 Segment 都有一个 modCount 变量,每当进行一次 put remove 等操作,modCount 将会 +1。只要 modCount 发生了变化就认为容器的大小也在发生变化。

 

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