Java ConcurrentHashMap 源码浅析

2023-12-29 06:51:08

并发世界中的协同之星：Java ConcurrentHashMap 源码剖析

前言

在 Java 的并发编程世界中，线程安全是至关重要的。当多个线程同时访问共享数据时，如何保证数据的完整性和一致性是一项艰巨的挑战。ConcurrentHashMap 应运而生，它通过引入锁分段技术和 CAS（比较并交换）争用控制机制，有效解决了多线程环境下共享数据的同步问题，成为 Java 并发编程中不可或缺的利器。

锁分段技术：化繁为简

ConcurrentHashMap 内部采用了锁分段技术，将哈希表划分为多个段，每一段由一把锁保护。当多个线程并发访问不同段中的元素时，它们可以同时进行，而不会发生锁竞争。这种设计巧妙地降低了锁争用的概率，从而提高了并发性能。

CAS 争用控制：优雅高效

在 ConcurrentHashMap 中，CAS 争用控制机制扮演着至关重要的角色。当多个线程并发修改同一个段中的元素时，CAS 算法会进行乐观并发控制。它通过比较和交换两个值（预期值和新值）来确保数据的原子性更新。如果预期值与实际值相等，则进行更新；否则，更新失败，重试机制会自动介入，直到更新成功。这种机制有效地减少了锁的开销，提高了并发效率。

源码剖析：一窥究竟

// 引入锁分段技术
private transient volatile Node<K,V>[] segments;
private final int segmentMask;
private final int segmentShift;

// 引入 CAS 争用控制
private final Unsafe unsafe;
private static final long SIZECTL;

segments 数组存储了哈希表中的各个段，segmentMask 和 segmentShift 用于计算段的索引。unsafe 是一个不安全的类，它允许直接访问 Java 虚拟机的内部状态，用于实现 CAS 操作。SIZECTL 字段用于控制哈希表的整体大小。

总结：并发之道的智慧

ConcurrentHashMap 的设计体现了并发编程中的智慧，它通过巧妙的锁分段技术和高效的 CAS 争用控制机制，有效地解决了多线程环境下的共享数据同步问题。掌握 ConcurrentHashMap 的原理和用法，对于提升 Java 并发编程技能至关重要。它帮助我们构建出高并发、高性能的应用程序，在多核处理器和多线程环境下游刃有余。