java中ConcurrentHashMap底层原理 - 面试宝典

女爷i 2023-10-15 11:43 49阅读 0赞

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ConcurrentHashMap是Java中的线程安全的哈希表实现。它通过使用分段锁（Segment）来实现并发访问的高效率。下面是ConcurrentHashMap的底层原理：

1.  数据结构：ConcurrentHashMap内部由一个Segment数组和若干个哈希桶（Hash Entry）组成。每个Segment包含一个哈希桶数组和一个共享的锁。每个哈希桶又是一个链表或红黑树的数据结构。
2.  分段锁：ConcurrentHashMap使用分段锁来实现并发操作。每个Segment都是一个独立的锁，不同的Segment可以被不同的线程同时访问，从而提高并发性能。默认情况下，ConcurrentHashMap的Segment数量是16，可以通过构造函数指定。
3.  哈希桶：每个哈希桶保存了一对键值对的数据。哈希桶使用链表或红黑树来解决哈希冲突。当链表长度超过一定阈值（默认为8）时，链表会自动转换为红黑树，提高查询、插入和删除的性能。
4.  锁策略：ConcurrentHashMap的锁策略是细粒度的。在读操作上，ConcurrentHashMap允许多个线程同时访问，并且不需要加锁。在写操作上，每个Segment都有一个独立的锁，只会影响到同一个Segment的其他写操作，不会阻塞其他Segment的读操作。
5.  并发度：ConcurrentHashMap的并发度等于Segment的数量。在多线程环境下，不同的线程可以同时对不同的Segment进行读写操作，从而提高并发性能。 总结来说，ConcurrentHashMap通过使用分段锁和细粒度的锁策略来实现并发访问的高效率。它将数据分散到多个Segment中，不同的线程可以同时对不同的Segment进行读写操作，从而提高并发性能。同时，ConcurrentHashMap还使用链表或红黑树来解决哈希冲突，提高查询、插入和删除的性能。

以下是一个使用ConcurrentHashMap的示例代码：

javaCopy codeimport java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
    public class ConcurrentHashMapExample {
        public static void main(String[] args) {
            // 创建ConcurrentHashMap对象
            ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
            // 添加键值对
            map.put("A", 1);
            map.put("B", 2);
            map.put("C", 3);
            // 输出所有键值对
            for (String key : map.keySet()) {
                System.out.println(key + ": " + map.get(key));
            }
            // 使用putIfAbsent方法添加键值对，如果键已经存在，则不进行操作
            map.putIfAbsent("D", 4);
            map.putIfAbsent("A", 5);
            // 移除指定的键值对
            map.remove("B", 2);
            // 使用replace方法替换指定键的值
            map.replace("C", 3, 6);
            // 输出所有键值对
            for (String key : map.keySet()) {
                System.out.println(key + ": " + map.get(key));
            }
        }
    }

上述示例代码展示了ConcurrentHashMap的基本用法。通过put、putIfAbsent、remove和replace等方法可以实现对ConcurrentHashMap的读写操作。同时，由于ConcurrentHashMap是线程安全的，所以多个线程可以同时对ConcurrentHashMap进行操作，而不会产生线程安全问题。

**目录**

Java中ConcurrentHashMap底层原理 - 面试宝典

ConcurrentHashMap的设计目标

ConcurrentHashMap的底层数据结构

ConcurrentHashMap的put操作

ConcurrentHashMap的get操作

ConcurrentHashMap的扩容机制

ConcurrentHashMap的线程安全性

总结

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# Java中ConcurrentHashMap底层原理 - 面试宝典 #

ConcurrentHashMap是Java中一种线程安全的哈希表实现，它是对HashMap进行了改进，用于在多线程环境下高效地处理并发访问。本文将介绍ConcurrentHashMap的底层原理，帮助读者在面试中更好地理解和回答相关问题。

## ConcurrentHashMap的设计目标 ##

ConcurrentHashMap的设计目标是在多线程并发访问的情况下，提供高效的数据访问和修改。相比于HashMap，ConcurrentHashMap在保持线程安全的同时，尽可能地减少锁的粒度，以提升并发性能。

## ConcurrentHashMap的底层数据结构 ##

ConcurrentHashMap的底层数据结构是由一个Segment数组和一个HashEntry数组组成。Segment是一种可重入锁ReentrantLock的实现，每个Segment维护了一个HashEntry数组的子集，也就是一个哈希表。每个Segment中的哈希表具有独立的锁，不同的线程可以同时访问不同的Segment，以提高并发性能。

## ConcurrentHashMap的put操作 ##

当执行ConcurrentHashMap的put操作时，首先根据key的哈希值找到对应的Segment。然后在该Segment的哈希表中进行插入操作。在插入过程中，如果发现插入的位置已经存在其他元素，会使用synchronized关键字对该Segment进行加锁，保证线程安全。如果插入的位置不存在其他元素，则直接插入，并不需要加锁。

## ConcurrentHashMap的get操作 ##

当执行ConcurrentHashMap的get操作时，同样首先根据key的哈希值找到对应的Segment。然后在该Segment的哈希表中进行查找操作。在查找过程中，并不需要加锁，因为ConcurrentHashMap的get操作是线程安全的，不会修改哈希表的内容。

## ConcurrentHashMap的扩容机制 ##

ConcurrentHashMap在初始化时会创建一个固定大小的Segment数组。当哈希表的元素个数超过阈值时，会触发扩容操作。扩容时，会将每个Segment的哈希表分成两部分，然后对其中一部分进行扩容，包括重新计算哈希值和重新分配位置。在扩容过程中，其他线程仍然可以访问原来的Segment，以提高并发性能。

## ConcurrentHashMap的线程安全性 ##

ConcurrentHashMap通过细粒度的锁和分段技术实现了线程安全。每个Segment维护了自己的锁，不同的线程可以同时访问不同的Segment，以提高并发性能。这样的设计使得ConcurrentHashMap在多线程环境下能够提供较好的性能和可伸缩性。

## 总结 ##

ConcurrentHashMap是Java中一种线程安全的哈希表实现，通过细粒度的锁和分段技术实现了高效的并发访问。本文介绍了ConcurrentHashMap的底层原理，包括底层数据结构、put操作、get操作、扩容机制以及线程安全性。在面试中，了解ConcurrentHashMap的原理，能够清晰地解释其设计和实现，对于展示自己的多线程编程能力是非常有帮助的。

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