ConcurrentHashMap源码赏析
2023-09-27 21:09:58
ConcurrentHashMap：并发安全的Java并发容器
简介
在多线程编程中，保证数据访问的一致性和安全性至关重要。ConcurrentHashMap，作为Java并发包中不可或缺的一部分，应运而生，专为解决多线程环境下的数据并发访问问题而设计。本文将深入探讨ConcurrentHashMap的原理、结构、操作以及优缺点。
整体结构
ConcurrentHashMap的结构建立在分段（Segment）的概念之上。它将数据划分成多个较小的片段，每个片段都由自己的锁保护。这种设计巧妙地平衡了并发性和数据完整性。
ConcurrentHashMap {
Segment[] segments; // 数据存储数组
int sizeCtl; // 并发控制
int count; // 当前元素个数
int threshold; // 扩容阀值
}
分段（Segment）
Segment是ConcurrentHashMap的基本存储单元。它由一个链表构成，包含了一个锁、一个哈希表和一个计数器。锁用于保证对链表中数据的同步访问。
class Segment<K,V> {
volatile int count; // 当前元素个数
volatile HashEntry<K,V>[] table; // 数据存储数组
final float loadFactor; // 负载因子
}
哈希表项（HashEntry）
哈希表项是ConcurrentHashMap中数据存储的具体形式。它是一个链表结构，包含键值对和指向下一个哈希表项的引用。
class HashEntry<K,V> {
final K key; // 键
final V value; // 值
final int hash; // 哈希值
volatile HashEntry<K,V> next; // 下一个节点
}
操作
ConcurrentHashMap提供了丰富的操作，包括：
- put()： 向ConcurrentHashMap添加键值对。
- get()： 获取指定键对应的值。
- remove()： 删除指定键值对。
- size()： 获取元素个数。
- isEmpty()： 判断是否为空。
原理
ConcurrentHashMap通过分段锁和分段哈希表实现并发控制。当多个线程同时访问ConcurrentHashMap时，它们只锁定需要访问的分段，从而提高了并发性。
扩容
当ConcurrentHashMap达到扩容阈值时，它将创建一个新的分段数组，并将数据重新散列到新数组中。扩容操作高效且不影响并发访问。
优缺点
优点：
- 线程安全
- 高并发性
- 扩容高效
缺点：
- 内存消耗较大
- 操作复杂度较高
结论
ConcurrentHashMap是Java并行编程中不可或缺的工具，它提供了线程安全、高并发和高效的并发数据访问。其分段锁和分段哈希表的设计理念巧妙地平衡了并发性和数据完整性。
常见问题解答
-
ConcurrentHashMap与HashMap有什么区别？
HashMap不适用于多线程环境，而ConcurrentHashMap则通过分段锁保证了线程安全性。 -
什么时候应该使用ConcurrentHashMap？
当需要在多线程环境中安全高效地访问并发数据时。 -
ConcurrentHashMap的扩容策略是什么？
当达到扩容阈值时，ConcurrentHashMap将创建一个新的分段数组，并将数据重新散列到新数组中。 -
ConcurrentHashMap的并发控制如何实现？
通过分段锁，每个分段由自己的锁保护，只锁定需要访问的分段。 -
ConcurrentHashMap有哪些常见的用途？
缓存、共享数据结构、并发队列等。
