概述

鎖分段機(jī)制ConcurrentHashMap

線程安全的hash表 每一段都是一個(gè)獨(dú)立的鎖

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多種并發(fā)容器類(lèi)來(lái)改進(jìn)同步容器的性能。

ConcurrentHashMap 同步容器類(lèi)是Java 5 增加的一個(gè)線程安全的哈希表。對(duì)與多線程的操作，介于 HashMap 與 Hashtable 之間。內(nèi)部采用“鎖分段”機(jī)制替代 Hashtable 的獨(dú)占鎖。進(jìn)而提高性能。

此包還提供了設(shè)計(jì)用于多線程上下文中的 Collection 實(shí)現(xiàn)：ConcurrentHashMap、 ConcurrentSkipListMap、 ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。當(dāng)期望許多線程訪問(wèn)一個(gè)給定 collection 時(shí)， ConcurrentHashMap 通常優(yōu)于同步的 HashMap，ConcurrentSkipListMap 通常優(yōu)于同步的 TreeMap。當(dāng)期望的讀數(shù)和遍歷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于列表的更新數(shù)時(shí)， CopyOnWriteArrayList 優(yōu)于同步的 ArrayList。

ConcurrentHashMap就是一個(gè)線程安全的hash表。我們知道HashMap是線程不安全的，Hashtable加了鎖，是線程安全的，因此它效率低。

HashTable加鎖就是將整個(gè)hash表鎖起來(lái)，當(dāng)有多個(gè)線程訪問(wèn)時(shí)，同一時(shí)間只能有一個(gè)線程訪問(wèn)，并行變成串行，因此效率低。所以JDK1.5后提供了ConcurrentHashMap，它采用了鎖分段機(jī)制。

1.8以后底層又換成了CAS，把鎖分段機(jī)制放棄了。CAS基本就達(dá)到了無(wú)鎖的境界。

詳解

ConcurrentHashMap 是 Java 中的一個(gè)線程安全的哈希表，它在多線程環(huán)境下提供了高效的讀取和更新操作。

從 Java 8 開(kāi)始，ConcurrentHashMap 引入了一種新的機(jī)制，稱(chēng)為“鎖分段”（Segmentation with Locks），以提高并發(fā)性能。

鎖分段機(jī)制詳解

在 Java 8 之前的版本中，ConcurrentHashMap 使用分段鎖（Segmentation with Segments）來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全。每個(gè)段相當(dāng)于一個(gè)小型的哈希表，擁有自己的鎖。當(dāng)多個(gè)線程訪問(wèn)不同段的數(shù)據(jù)時(shí)，它們可以并發(fā)進(jìn)行，從而減少了鎖的競(jìng)爭(zhēng)。

然而，Java 8 引入的鎖分段機(jī)制進(jìn)一步優(yōu)化了這一點(diǎn)。在新的實(shí)現(xiàn)中：

• CAS 操作：ConcurrentHashMap 使用了更多的無(wú)鎖編程技術(shù)，如原子操作（Compare-And-Swap, CAS），來(lái)減少鎖的使用。
• Node 繼承結(jié)構(gòu)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)由 Node、TreeNode、TreeBin 等類(lèi)組成，這些類(lèi)繼承自 Node，形成了一個(gè)復(fù)雜的繼承結(jié)構(gòu)。
• Synchronized 粒度：在某些操作上，如擴(kuò)容和部分更新操作上，仍然使用了 synchronized 塊來(lái)保證線程安全。
• 減少鎖的競(jìng)爭(zhēng)：通過(guò)減少鎖的使用，ConcurrentHashMap 允許更高的并發(fā)性，因?yàn)榫€程可以在沒(méi)有鎖的情況下進(jìn)行大部分操作。

示例

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的 ConcurrentHashMap 使用示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個(gè) ConcurrentHashMap 實(shí)例
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

        // 插入數(shù)據(jù)
        map.put("One", 1);
        map.put("Two", 2);
        map.put("Three", 3);

        // 讀取數(shù)據(jù)
        System.out.println(map.get("Two")); // 輸出 2

        // 并發(fā)更新數(shù)據(jù)
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> map.put("Key" + finalI, finalI)).start();
        }

        // 等待所有線程完成
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }

        // 輸出更新后的數(shù)據(jù)
        System.out.println(map.get("Key9")); // 輸出 9
    }
}

在這個(gè)示例中，我們創(chuàng)建了一個(gè) ConcurrentHashMap 實(shí)例，并插入了一些數(shù)據(jù)。然后，我們啟動(dòng)了多個(gè)線程來(lái)并發(fā)地更新數(shù)據(jù)。

由于 ConcurrentHashMap 是線程安全的，即使在多線程環(huán)境下，這些操作也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。

注意事項(xiàng)

• ConcurrentHashMap 在高并發(fā)環(huán)境下比 Hashtable 或 Collections.synchronizedMap 有更好的性能。
• ConcurrentHashMap 適用于讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景。
• 在使用 ConcurrentHashMap 時(shí)，仍然需要注意避免長(zhǎng)時(shí)間持有迭代器，因?yàn)樵诘^(guò)程中可能會(huì)有結(jié)構(gòu)性修改（如擴(kuò)容）。

ConcurrentHashMap 是 Java 并發(fā)包 java.util.concurrent 中的一個(gè)重要組件，它通過(guò)鎖分段機(jī)制提供了高效的并發(fā)訪問(wèn)能力。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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