概述

鎖分段機(jī)制ConcurrentHashMap

線程安全的hash表 每一段都是一個獨(dú)立的鎖

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

ConcurrentHashMap 同步容器類是Java 5 增加的一個線程安全的哈希表。對與多線程的操作，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)計用于多線程上下文中的 Collection 實現(xiàn)：ConcurrentHashMap、 ConcurrentSkipListMap、 ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。當(dāng)期望許多線程訪問一個給定 collection 時， 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， CopyOnWriteArrayList 優(yōu)于同步的 ArrayList。

ConcurrentHashMap就是一個線程安全的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hash表鎖起來，當(dāng)有多個線程訪問時，同一時間只能有一個線程訪問，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)到了無鎖的境界。

詳解

ConcurrentHashMap 是 Java 中的一個線程安全的哈希表，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 開始，ConcurrentHashMap 引入了一種新的機(jī)制，稱為“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）來實現(xiàn)線程安全。每個段相當(dāng)于一個小型的哈希表，擁有自己的鎖。當(dāng)多個線程訪問不同段的數(shù)據(jù)時，它們可以并發(fā)進(jìn)行，從而減少了鎖的競爭。

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)。在新的實現(xiàn)中：

• CAS 操作：ConcurrentHashMap 使用了更多的無鎖編程技術(shù)，如原子操作（Compare-And-Swap, CAS），來減少鎖的使用。
• Node 繼承結(jié)構(gòu)：內(nèi)部結(jié)構(gòu)由 Node、TreeNode、TreeBin 等類組成，這些類繼承自 Node，形成了一個復(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 塊來保證線程安全。
• 減少鎖的競爭：通過減少鎖的使用，ConcurrentHashMap 允許更高的并發(fā)性，因為線程可以在沒有鎖的情況下進(jìn)行大部分操作。

示例

下面是一個簡單的 ConcurrentHashMap 使用示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 創(chuàng)建一個 ConcurrentHashMap 實例
        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
    }
}

在這個示例中，我們創(chuàng)建了一個 ConcurrentHashMap 實例，并插入了一些數(shù)據(jù)。然后，我們啟動了多個線程來并發(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，這些操作也不會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問題。

注意事項

• ConcurrentHashMap 在高并發(fā)環(huán)境下比 Hashtable 或 Collections.synchronizedMap 有更好的性能。
• ConcurrentHashMap 適用于讀多寫少的場景。
• 在使用 ConcurrentHashMap 時，仍然需要注意避免長時間持有迭代器，因為在迭代過程中可能會有結(jié)構(gòu)性修改（如擴(kuò)容）。

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

總結(jié)

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

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