Java ConcurrentHashMap是如何保证线程安全和扩容安全性的？

ゝ一世哀愁。 2023-10-12 09:17 73阅读 0赞

## ConcurrentHashMap如何保证线程安全 ##

ConcurrentHashMap是Java并发包（java.util.concurrent）中提供的线程安全的哈希表实现，它通过以下几个特性来保证线程安全：

1.  分段锁（Segmented Lock）：  
    ConcurrentHashMap内部将哈希表分成多个段（segments），每个段都有一个独立的锁。不同的线程可以同时访问不同的段，从而减少了竞争条件。这样可以提高并发性能，因为不同的线程可以同时修改不同的段，而不会相互阻塞。
2.  原子操作：  
    ConcurrentHashMap中的一些操作（如put和remove）使用原子操作来保证线程安全。这些原子操作是通过底层的原子性操作指令实现的，确保多线程环境下的并发访问不会导致数据不一致的问题。
3.  内存可见性：  
    ConcurrentHashMap使用volatile修饰符来保证内存可见性。在多线程环境下，对ConcurrentHashMap的修改会立即被其他线程所看到，避免了数据的不一致性。
4.  并发级别：  
    ConcurrentHashMap可以通过设置并发级别来控制内部的段（segments）数量。并发级别是指可以同时修改ConcurrentHashMap的线程数。并发级别越高，段的数量就越多，从而减少了线程之间的竞争，提高了并发性能。

总的来说，ConcurrentHashMap通过分段锁、原子操作、内存可见性和并发级别等机制来保证线程安全。它可以在高并发环境下高效地进行并发访问，并且提供了与HashMap类似的接口和功能。

## ConcurrentHashMap如何保证扩容安全 ##

ConcurrentHashMap在进行扩容时，会采取一些策略来保证扩容的安全性，以避免数据丢失或者死锁等问题。下面是ConcurrentHashMap保证扩容安全的关键机制：

1.  分段锁保证并发扩容：  
    ConcurrentHashMap内部使用了分段锁（Segmented Lock）机制。在扩容过程中，会将原始哈希表分成更多的段，并且每个段都有自己的锁。这样，在进行扩容时，只有受影响的段会被锁住，其他段仍然可以被并发访问。这样可以减小锁的粒度，提高并发性能，并且避免了扩容时对整个哈希表的锁定。
2.  无锁读取操作：  
    在ConcurrentHashMap的扩容过程中，读取操作是无锁的。即使正在进行扩容，其他线程仍然可以继续读取哈希表的数据，而不会被阻塞。这样可以保证在扩容过程中，读取操作的性能不受影响。
3.  数据迁移保证完整性：  
    在进行扩容时，ConcurrentHashMap会将原始哈希表中的数据迁移到新的哈希表中。在迁移过程中，会采用一些技术手段来保证数据的完整性，避免数据丢失或者重复迁移。常用的方法是采用CAS（Compare and Swap）操作来确保数据的原子性操作，保证数据的正确迁移。
4.  控制扩容触发时机：  
    ConcurrentHashMap会根据加载因子（load factor）和当前元素数量来决定何时触发扩容操作。加载因子是一个比例值，用于衡量哈希表的填充程度。当哈希表的填充程度达到一定阈值时，ConcurrentHashMap会触发扩容操作。通过控制扩容触发的时机，可以避免频繁的扩容操作，提高性能。

总的来说，ConcurrentHashMap通过分段锁、无锁读取操作、数据迁移保证和控制扩容触发时机等机制，来保证扩容的安全性。这些机制确保了在扩容过程中，不会出现数据丢失、死锁等问题，并且尽可能地减小了对并发操作的影响。