技术解码：ConcurrentHashMap put方法的线程安全剖析

2023-12-27 14:41:41

前言

ConcurrentHashMap是Java并发编程中的重要数据结构，它以其高效的并发访问性能和线程安全性而著称。在ConcurrentHashMap中，put方法是核心操作之一，它允许用户将键值对插入到Map中。ConcurrentHashMap的put方法是如何保证线程安全的呢？这篇文章将通过源码分析来揭示其背后的奥秘。

ConcurrentHashMap概述

在介绍put方法之前，我们先简单了解一下ConcurrentHashMap的结构和工作原理。ConcurrentHashMap使用分段锁（Segment）来实现并发控制。Segment是ConcurrentHashMap的基本存储单元，它包含了一个HashMap和一个锁。当多个线程同时访问ConcurrentHashMap时，它们会被分配到不同的Segment上，从而避免了锁竞争。

put方法源码分析

ConcurrentHashMap的put方法位于sun.misc.ConcurrentHashMap类中。该方法的签名如下：

public V put(K key, V value) {
    return putVal(key, value, false, true);
}

其中，key是键，value是值，false表示不覆盖已存在的键值对，true表示覆盖已存在的键值对。

put方法的具体实现非常复杂，涉及到许多细节。为了便于理解，我们将它分解成几个步骤：

计算键的哈希值，并根据哈希值确定应该将键值对存储在哪个Segment中。
获取Segment的锁，并进入临界区。
检查该Segment中是否已经存在该键。如果存在，则根据参数决定是否覆盖已存在的键值对。如果不存在，则创建一个新的键值对并将其添加到Segment中。
释放Segment的锁，并退出临界区。

put方法的线程安全性分析

ConcurrentHashMap的put方法是线程安全的。这是因为该方法在执行时会获取Segment的锁，并进入临界区。在临界区内，该线程对Segment是独占的，其他线程无法同时访问该Segment。因此，该线程可以安全地修改Segment中的数据，而不会受到其他线程的干扰。

扩容机制

当ConcurrentHashMap中的键值对数量超过某个阈值时，ConcurrentHashMap会自动扩容。扩容的过程涉及到将键值对重新分配到新的Segment中。在扩容过程中，ConcurrentHashMap会使用ForwardingNode来临时存储键值对。ForwardingNode是一种特殊的节点，它指向另一个Segment中的键值对。当一个线程试图访问一个已经被移动到另一个Segment中的键值对时，它会先被转发到ForwardingNode指向的Segment中。