【JUC源码】并发容器：关于 ConcurrentHashMap 的几个问题

青旅半醒 2022-12-10 14:49 164阅读 0赞

> ConcurrentHashMap 系列：
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>  *  [【JUC源码】并发容器：ConcurrentHashMap（一）底层结构分析][JUC_ConcurrentHashMap]
>  *  [【JUC源码】并发容器：ConcurrentHashMap（二）添加元素及树化源码分析][JUC_ConcurrentHashMap 1]
>  *  [【JUC源码】并发容器：ConcurrentHashMap（三）扩容源码分析][JUC_ConcurrentHashMap 2]
>  *  [【JUC源码】并发容器：ConcurrentHashMap（四）获取 value 源码分析][JUC_ConcurrentHashMap_ value]
>  *  [【JUC源码】并发容器：关于 ConcurrentHashMap 的几个问题][JUC_ ConcurrentHashMap]

在下面有什么不理解的地方，可以参考源码进行理解。

### 1.ConcurrentHashMap 和 HashMap 的相同点和不同点? ###

*  相同点：
    
     *  都是数组 + 链表 +红黑树的数据结构，所以基本操作的思想相同；
     *  都实现了 Map 接口，继承了 AbstractMap 抽象类，所以两者的方法大多都是相似的，可以互相切换。
 *  不同点：
    
     *  ConcurrentHashMap 是线程安全的，在多线程环境下，无需加锁，可直接使用；
     *  数据结构上，ConcurrentHashMap 多了转移节点，主要用于保证扩容时的线程安全。

### 2.ConcurrentHashMap 通过哪些手段保证了线程安全? ###

答：主要有以下几点：

1.  **volatile**：储存 Map 数据的数组被 volatile 关键字修饰，一旦被修改（扩容后），立马就能通知其他线程，因为是数组，所以需要改变其内存值，才能真正的发挥出 volatile 的可见特性；
2.  **自旋**：自旋保证了操作一定会成功（for），如 putVal()，transfer()
3.  **CAS**：CAS相当于乐观锁，保证了只有单线程对数据操作，如 put() 时，如果计算出来的数组下标索引没有值的话，采用无限 for 循环 + CAS 算法，来保证一定可以新增成功，又不会覆盖其他线程 put 进去的值；
4.  **分段锁**：在进行新增与扩容时，对当前槽点上锁，保证只有当前线程才能对槽点上的链表或红黑树进行操作
5.  如果 put 的节点正好在扩容，会等待扩容完成之后，再进行 put ，保证了在扩容时，老数组的值不会发生变化；
6.  红黑树旋转时，会锁住根节点，保证旋转时的线程安全。

### 3.描述一下 CAS 算法在 ConcurrentHashMap 中的应用？ ###

答：CAS 其实是一种乐观锁，一般有三个值，分别为：赋值对象，原值，新值，在执行的时候，会先判断内存中的值是否和原值相等，相等的话把新值赋值给对象，否则赋值失败，整个过程都是原子性操作，没有线程安全问题。

ConcurrentHashMap 的 putVal() 方法中，有使用到 CAS ，是结合无限 for 循环一起使用的，步骤如下：

1.  计算出数组索引下标，拿出下标对应的原值；
2.  CAS 覆盖当前下标的值，赋值时，如果发现内存值和 1 拿出来的原值相等，执行赋值，退出循环，否则不赋值，转到 3；
3.  进行下一次 for 循环，重复执行 1，2，直到成功为止。

可以看到这样做的好处，第一是不会盲目的覆盖原值，第二是一定可以赋值成功。

### 4.ConcurrentHashMap 是如何发现当前槽点正在扩容的？ ###

答：ConcurrentHashMap 新增了一个节点类型，叫做转移节点，当我们发现当前槽点是转移节点时（转移节点的 hash 值是 -1），即表示 Map 正在进行扩容。

### 5.发现槽点正在扩容时，put 操作会怎么办？ ###

答：无限 for 循环，或者走到扩容方法中去，帮助扩容，一直等待扩容完成之后，再执行 put 操作。

### 6.两种 Map 扩容时，有何区别？ ###

答：区别很大，HashMap 是直接在老数据上面进行扩容，多线程环境下，会有线程安全的问题，而 ConcurrentHashMap 就不太一样，扩容过程是这样的：

1.  从数组的队尾开始拷贝
2.  拷贝数组的槽点时，先把原数组槽点锁住
3.  拷贝成功到新数组时，把原数组槽点赋值为转移节点
4.  直到所有数组数据都拷贝到新数组时，直接把新数组整个赋值给数组容器，拷贝完成

简单来说，通过扩容时给槽点加锁，和发现槽点正在扩容就等待的策略，保证了 ConcurrentHashMap 可以慢慢一个一个槽点的转移，保证了扩容时的线程安全。

### 7.ConcurrentHashMap 在 Java 7 和 8 中关于线程安全的做法有什么不同？ ###

答：非常不一样，拿 put 方法为例，Java 7 的做法是：

1.  把数组进行分段，找到当前 key 对应的是那一段；
2.  将当前段锁住，然后再根据 hash 寻找对应的值，进行赋值操作。

Java 7 的做法比较简单，缺点也很明显，就是当我们需要 put 数据时，我们会锁住改该数据对应的某一段，这一段数据可能会有很多，比如我只想 put 一个值，锁住的却是一段数据，导致这一段的其他数据都不能进行写入操作，大大的降低了并发性的效率。

Java 8 解决了这个问题，从锁住某一段，修改成锁住某一个槽点，提高了并发效率。不仅仅是 put，删除也是，仅仅是锁住当前槽点，缩小了锁的范围，增大了效率。

[JUC_ConcurrentHashMap]: https://blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/108810815
[JUC_ConcurrentHashMap 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/113943932
[JUC_ConcurrentHashMap 2]: https://blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/113945436
[JUC_ConcurrentHashMap_ value]: https://blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/113950339
[JUC_ ConcurrentHashMap]: https://blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/108819013