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Java中的锁分段技术还有哪些应用_除了老版ConcurrentHashMap还有LongAdder的Cell数组

P粉602998670

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发布时间:2026-03-13 12:10:01

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来源于php中文网

原创

ConcurrentHashMap 的分段锁被废弃是因为 Segment 在多数场景下成为性能拖累;Java 8 改用 CAS + synchronized,实现更细粒度锁、无全局竞争、更低内存开销,并支持并发扩容。

java中的锁分段技术还有哪些应用_除了老版concurrenthashmap还有longadder的cell数组

ConcurrentHashMap 的分段锁为什么被废弃了

Java 8 彻底移除了 Segment 数组,不是因为写得不好,而是它在多数场景下成了性能拖累。CAS + synchronized 替代后,单个桶的锁粒度更细、无全局 segment 竞争、内存开销更低。老版用 rehash 时要锁整个 Segment,而新版本只锁链表头或红黑树根节点,扩容也能并发推进。

常见错误现象:ConcurrentHashMap 在 Java 7 中调用 size() 会遍历所有 Segment 并加锁求和,高并发下卡顿明显;Java 8 改成用 baseCount + CounterCell[],但 size() 仍是弱一致性结果——这点很多人误以为“变准了”,其实只是更快了,依然不保证实时。

LongAdder 的 Cell 数组本质是分段计数,不是分段锁

LongAdder 没有锁,它的 Cell[] 是典型的“线程本地槽位 + 竞争退避”设计:每个线程优先往自己绑定的 Cell 写,冲突时才尝试换槽或 fallback 到 baseCount。这和传统分段锁的“预先划分资源区间+加锁访问”逻辑完全不同。

使用场景:

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  • 高并发累加(如请求计数、指标统计),AtomicLong 在多核下 CAS 失败率飙升,LongAdder 能压低 5–10 倍争用开销
  • 不要用于需要强一致读写的场景,比如作为循环终止条件或状态判断依据
  • sum() 成本随 Cell 数量线性增长,如果线程数长期稳定且不多,AtomicLong 反而更轻量

还有哪些类在用类似分段思想但没叫“分段锁”

真正延续分段思路(预划分 + 局部控制)的,现在基本都转向了无锁或更轻量同步机制,但仍有几个典型:

  • ForkJoinPool 的工作窃取队列:每个线程维护自己的双端队列(WorkQueue),任务提交优先入本地队列,窃取时才跨队列操作——这是运行时分段,不是锁层面的
  • ThreadLocalRandom 的种子隔离:每个线程持有独立 seedprobe,避免 Random 全局竞争,底层用的是类似 Cell 的数组索引定位
  • StampedLock 的乐观读不涉及分段,但它允许读写分离,间接缓解了“全表锁”压力,在某些缓存场景中替代了过去用分段锁保护大 Map 的做法

注意:Phaser 虽然支持分阶段等待,但同步点是集中管理的,没有数据分片;Striped64LongAdder 的父类)才是分段计数的通用骨架,但 JDK 没暴露出来供直接复用。

自己实现分段结构时最容易踩的坑

别照着 Java 7 的 Segment 抄——那个模型在现代 JVM 上容易因 false sharing、GC 压力、分支预测失败反而变慢。

  • 分段数量别硬编码为 16 或 32,应基于预期并发线程数动态计算,常用 Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2 作起点
  • 每个段内别再套一层锁:比如用 synchronized(segment) 包裹 HashMap 操作,不如直接用 ConcurrentHashMap;真要自定义,优先考虑 ReentrantLock 配合 tryLock 避免死锁
  • Cell[] 类型数组必须用 @Contended(JDK 8+)或手动填充字段防 false sharing,否则多个 Cell 落同一缓存行,性能比单点还差
  • 扩容时别让所有段同时 rehash,要像 ConcurrentHashMap 那样逐段迁移,否则瞬间锁住全部段,退化成全局锁

分段从来不是银弹,它把一个问题拆成多个小问题,但每个小问题仍要自己处理好可见性、有序性和回收——尤其是段内对象生命周期管理,稍不注意就泄漏或错乱。

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