校招刷题群
高效刷题 迎战校招
校招精选试题
近年面笔经面经群内分享
Java刷题群 前端刷题群 产品运营群
首页 > java语言 > HashMap、Hashtable、concurrentthashmap
题目

ConcurrentHashMap线程安全工作原理

解答

JDK1.8以下
ConcurrentHashMap采用了分段锁的设计,只有在同一个分段内才存在竞态关系,不同的分段锁之间没有锁竞争。
相比于对整个Map加锁的设计,分段锁大大的提高了高并发环境下的处理能力。

ConcurrentHashMap中的分段锁称为Segment

同时又是一个ReentrantLock(Segment继承了ReentrantLock)。

并发度可以理解为程序运行时能够同时更新ConccurentHashMap且不产生锁竞争的最大线程数,
实际上就是ConcurrentHashMap中的分段锁个数,
即Segment[]的数组长度。ConcurrentHashMap默认的并发度为16,
但用户也可以在构造函数中设置并发度。当用户设置并发度时,ConcurrentHashMap会使用大于等于该值的最小2幂指数作为实际并发度(假如用户设置并发度为17,实际并发度则为32)。


如果并发度设置的过小,会带来严重的锁竞争问题;如果并发度设置的过大,原本位于同一个Segment内的访问会扩散到不同的Segment中,CPU cache命中率会下降,从而引起程序性能下降。

JDK1.8
它摒弃了Segment(锁段)的概念,而是启用了一种全新的方式实现,利用CAS算法。
它沿用了与它同时期的HashMap版本的思想,底层依然由“数组”+链表+红黑树的方式思想(JDK7与JDK8中HashMap的实现),但是为了做到并发,又增加了很多辅助的类,
例如TreeBin,Traverser等对象内部类。


Node是最核心的内部类,它包装了key-value键值对,所有插入ConcurrentHashMap的数据都包装在这里面。
它与HashMap中的定义很相似,但是但是有一些差别它对value和next属性设置了volatile同步锁(与JDK7的Segment相同),
它不允许调用setValue方法直接改变Node的value域,它增加了find方法辅助map.get()方法。

TreeNode(树节点类),另外一个核心的数据结构。当链表长度过长的时候,会转换为TreeNode。
但是与HashMap不相同的是,它并不是直接转换为红黑树,而是把这些结点包装成TreeNode放在TreeBin对象中,由TreeBin完成对红黑树的包装。
而且TreeNode在ConcurrentHashMap集成自Node类,而并非HashMap中的集成自LinkedHashMap.Entry<K,V>类,也就是说TreeNode带有next指针,这样做的目的是方便基于TreeBin的访问。


TreeBin这个类并不负责包装用户的key、value信息,而是包装的很多TreeNode节点。
它代替了TreeNode的根节点,也就是说在实际的ConcurrentHashMap“数组”中,存放的是TreeBin对象,而不是TreeNode对象,这是与HashMap的区别。
另外这个类还带有了读写锁。

CAS算法
这个方法是利用一个CAS算法实现无锁化的修改值的操作,他可以大大降低锁代理的性能消耗。
这个算法的基本思想就是不断地去比较当前内存中的变量值与你指定的一个变量值是否相等,如果相等,则接受你指定的修改的值,否则拒绝你的操作。
整个扩容操作分为两个部分
第一部分是构建一个nextTable,它的容量是原来的两倍,这个操作是单线程完成的。这个单线程的保证是通过RESIZE_STAMP_SHIFT这个常量经过一次运算来保证的,这个地方在后面会有提到;
第二个部分就是将原来table中的元素复制到nextTable中,这里允许多线程进行操作。




put()方法
有一个最重要的不同点就是ConcurrentHashMap不允许key或value为null值。另外由于涉及到多线程,put方法就要复杂一点。在多线程中可能有以下两个情况
如果这个位置是空的,那么直接放入,而且不需要加锁操作


至于为什么JDK8中使用synchronized而不是ReentrantLock,我猜是因为JDK8中对synchronized有了足够的优化吧。


C 0条回复 评论

帖子还没人回复快来抢沙发