[Java] ConcurrentMap 分析和思考

痛定思痛。 2022-09-30 03:58 479阅读 0赞

预备知识：[Java HashMap and HashSet 的实现机制][Java HashMap and HashSet]

由预备知识可以知道hashmap 的存储结构为：

![0_1302245955dZO0.gif][]

（图像来自[http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-hash/][http_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-hash]）

也是说：一个hashmap 内部含有一个Entity 类行的数组，这个数组中的元素都是Entity。实际上我们放入map 中的key 和 value 就对应一个Entity 对象，这个Entity 对象包含一个key、value、hashcode（key 的）和一个Entity 的引用，通过这个引用，Entity 可以形成一个链表。在图中，蓝色矩形方框代表数组，橙色椭圆代表Entity 对象。

注意HashMap 类不是线程安全的。

## ConcurrentMap 主要的子类是ConcurrentHashMap。 ##

原理：一个ConcurrentHashMap 由多个segment 组成，每个segment 包含一个Entity 的数组。这里比HashMap 多了一个segment 类。该类继承了ReentrantLock 类，所以本身是一个锁。当多线程对ConcurrentHashMap 操作时，不是完全锁住map， 而是锁住相应的segment 。这样提高了并发效率。

构造函数的分析：

/\*\* \* Creates a new, empty map with a default initial capacity (16), \* load factor (0.75) and concurrencyLevel (16). \*/ public ConcurrentHashMap() \{ this(DEFAULT\_INITIAL\_CAPACITY, DEFAULT\_LOAD\_FACTOR, DEFAULT\_CONCURRENCY\_LEVEL); \}

这是ConcurrentHashMap 的无参构造函数，可以看到默认大小为16，负载因子0.75，并发级别为16.

Put 函数的分析：

/\*\* \* Maps the specified key to the specified value in this table. \* Neither the key nor the value can be null. \* \* <p> The value can be retrieved by calling the <tt>get</tt> method \* with a key that is equal to the original key. \* \* @param key key with which the specified value is to be associated \* @param value value to be associated with the specified key \* @return the previous value associated with <tt>key</tt>, or \* <tt>null</tt> if there was no mapping for <tt>key</tt> \* @throws NullPointerException if the specified key or value is null \*/ public V put(K key, V value) \{ if (value == null) throw new NullPointerException(); int hash = hash(key.hashCode()); return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false); \}

可以看出通过hash() 函数得到key 的哈希值，在得到相应的segment，在通过segment 存储Entity。

同时为了避免“检测再修改”（有条件线程安全参见\[2\]）等并发问题，ConcurrentHashMap 提供了putIfAbsent(K key, V value) 方法，当key 不存在时，添加。（key 的存在靠两个条件，一个是key的hashcode方法，另外一个是key 的equal 方法）

优点：由于对对应segment 加锁，而不是锁定整个map，并发性得到了提高。能够直接提高插入、检索以及移除操作的可伸缩性。

缺点：当遍历map 中的元素时，需要获取所有的segment 的锁，使用遍历时慢。锁的增多，占用了系统的资源。使得对整个集合进行操作的一些方法（例如 `size()` 或 `isEmpty()` ）的实现更加困难，因为这些方法要求一次获得许多的锁，并且还存在返回不正确的结果的风险。

参考资料：

1 [通过分析 JDK 源代码研究 Hash 存储机制][http_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-hash]

2 [Java 理论与实践: 并发集合类][Java _]

3 [Java 理论与实践: 构建一个更好的 HashMap][Java _ _ HashMap]

[Java HashMap and HashSet]: http://blog.csdn.net/lihe2008125/archive/2010/10/09/5930186.aspx
[0_1302245955dZO0.gif]: /images/20220708/cec35074236745e3a79156d1fd6b3a40.png
[http_www.ibm.com_developerworks_cn_java_j-lo-hash]: http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-hash/
[Java _]: http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp07233/
[Java _ _ HashMap]: http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp08223/