ConcurrentHashMap实现原理解析

在Java中，ConcurrentHashMap是一个线程安全的哈希表实现类，它是HashMap的线程安全版本。ConcurrentHashMap提供了比synchronized关键字更好的性能，并且它支持高效的并发访问。本篇博客将通过分析ConcurrentHashMap的源码来解析它的实现原理。

ConcurrentHashMap的结构

ConcurrentHashMap由Segment和Node两个主要的数据结构组成，其中Segment是一种分段锁的实现，用于减小并发访问时的竞争。每个Segment包含一个HashEntry数组，而HashEntry又包含一个链表数据结构来存储键值对。

ConcurrentHashMap的初始化

当创建一个ConcurrentHashMap对象时，会调用ConcurrentHashMap的构造函数进行初始化。在初始化过程中，会根据指定的并发级别concurrencyLevel来确定Segment的数量，同时会根据initialCapacity来初始化每个Segment的HashEntry数组容量。

public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) {
    if (!(loadFactor > 0) || initialCapacity < 0 || concurrencyLevel <= 0)
        throw new IllegalArgumentException();
    
    this.segments = new Segment[concurrencyLevel];
    
    for (int i = 0; i < concurrencyLevel; i++) {
        segments[i] = new Segment(initialCapacity, loadFactor);
    }
}

ConcurrentHashMap的并发操作

在ConcurrentHashMap中，每个Segment都维护了一个ReentrantLock对象，用于对Segment进行加锁操作。在进行并发操作时，首先需要获取对应Segment的锁，然后根据键值的hash值确定要放置在哪个Segment中，最后将键值对插入到对应的Segment的HashEntry链表中。

public V put(K key, V value) {
    int hash = hash(key.hashCode());
    Segment<K,V> segment = segmentFor(hash);
    
    segment.lock();
    
    try {
        return segment.put(key, hash, value, false);
    } finally {
        segment.unlock();
    }
}

ConcurrentHashMap的扩容

当ConcurrentHashMap的负载因子超过一定阈值时，会触发扩容操作。在扩容时，会创建一个新的Segment数组，并遍历原来所有的Segment，将其中的键值对重新分配到新的Segment数组中。

private void rehash() {
    List<Node<K,V>> allNodes = new ArrayList<>();
    
    for (Segment<K,V> segment : segments) {
        segment.lock();
        
        try {
            for (HashEntry<K,V> entry : segment.table) {
                Node<K,V> current = entry;
                while (current != null) {
                    allNodes.add(current);
                    current = current.next;
                }
            }
        } finally {
            segment.unlock();
        }
    }
    
    resize();
    
    for (Node<K,V> node : allNodes) {
        put(node.key, node.value);
    }
}

通过以上分析，我们可以看到ConcurrentHashMap在实现线程安全的同时，也保持了较高的并发性能。它通过Segment的分段锁机制和精心设计的数据结构，有效地降低了并发访问时的锁竞争，并提供了高效的并发访问能力。

希望本篇博客对你理解ConcurrentHashMap的实现原理有所帮助。如果有任何问题或建议，欢迎留言讨论交流。谢谢阅读！

本文来自极简博客，作者：晨曦微光，转载请注明原文链接：ConcurrentHashMap实现原理解析