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什么是Java的并发集合ConcurrentHashMap_分段锁与CAS机制简介

P粉602998670

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发布时间:2026-03-12 09:32:03

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来源于php中文网

原创

concurrenthashmap 不是简单加 synchronized,因其采用分段锁(jdk 1.7)和 cas+细粒度 synchronized(jdk 1.8)实现高并发;get 无锁弱一致,put 按需加锁,size() 等非原子,不支持 null 键值。

什么是java的并发集合concurrenthashmap_分段锁与cas机制简介

ConcurrentHashMap 为什么不是“加个 synchronized 就完事”?

因为粗粒度锁会把并发变成排队——Hashtable 就是典型反面例子:整个表一把锁,写操作一来,所有读线程都得等。而 ConcurrentHashMap 的设计目标很实在:读不阻塞、写尽量不互斥、扩容不挂起全量请求。

它靠两套机制分阶段演进:

  • JDK 1.7 用 Segment 数组 + 分段锁:默认 16 段,哈希值高位决定进哪一段,同一段内才竞争锁;但 Segment 本身是 ReentrantLock,仍有阻塞开销
  • JDK 1.8 彻底去掉 Segment,改用 CAS + synchronized 控制单个桶(NodeTreeBin):锁只落在冲突的链表头或红黑树根节点上,粒度更细,且多数 get() 完全无锁

put() 和 get() 在 JDK 1.8 里到底发生了什么?

不是“先锁再查”,而是“先查再按需锁”,这是理解行为的关键。

  • get(key):全程无锁,直接根据 hash 定位到桶,遍历链表或红黑树;但注意——它看到的可能是“过期”数据(弱一致性),比如另一个线程刚 put 完还没刷新到主内存,这不是 bug,是性能换来的设计取舍
  • put(key, value):先无锁尝试 CAS 插入头节点;失败(说明有竞争)才对桶首节点加 synchronized;若桶已转成红黑树,则锁住 TreeBin 的读写锁
  • 扩容时:put 可能触发协助扩容(helpTransfer),多个线程一起搬数据,而不是等一个线程干完才继续

哪些方法看似安全,其实暗藏线程问题?

size()isEmpty()containsValue() 这几个最容易误用。

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  • size() 不是原子快照:它要遍历所有 CounterCell 并累加,过程中其他线程可能正增删,返回值只是“估算值”;真要精确计数,得自己加锁或用 LongAdder
  • containsValue(value) 必须遍历全部桶,期间值可能被改,结果不可靠;别拿它做业务判断依据
  • keySet().iterator() 是弱一致迭代器:不抛 ConcurrentModificationException,但可能漏掉新插入项,或重复看到刚删除项——适合监控、日志等容忍误差的场景

初始化参数怎么设才不踩坑?

别盲目抄默认值。关键就两个参数:initialCapacityconcurrencyLevel(JDK 1.7 有效,1.8 已忽略但构造函数还留着)。

  • JDK 1.8 中 concurrencyLevel 只用来估算初始 table 大小(向上取最近的 2 的幂),实际分段逻辑已消失;传 16 或 32 对性能几乎没影响
  • initialCapacity 建议设为“预估最大元素数 ÷ 0.75”(即除以默认负载因子),避免频繁扩容;但别过大,浪费内存且首次扩容耗时明显
  • 如果明确知道是读多写少(比如配置缓存),可考虑用 new ConcurrentHashMap(1024, 0.75f, 1) —— 第三个参数 parallelismLevelcomputeIfAbsent 等并行方法中影响线程池拆分粒度,但日常 put/get 不走这条路

最常被忽略的一点:它不允许 null 键和 null 值,put(null, "a")put("k", null) 会直接抛 NullPointerException,而且这个检查在锁外就做了,不是延迟报错。

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