ConcurrentHashMap

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抛下思念17
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HashMap是我们用得非常频繁的一个集合,但是它是线程不安全的。并且在多线程环境下,put操作是有可能产生死循环,不过在JDK1.8的版本中更换了数据插入的顺序,已经解决了这个问题。

为了解决该问题,提供了Hashtable和Collections.synchronizedMap(hashMap)两种解决方案,但是这两种方案都是对读写加锁,独占式。一个线程在读时其他线程必须等待,吞吐量较低,性能较为低下。而J.U.C给我们提供了高性能的线程安全HashMap:ConcurrentHashMap。

在1.8版本以前,ConcurrentHashMap采用分段锁的概念,使锁更加细化,但是1.8已经改变了这种思路,而是利用CAS+Synchronized来保证并发更新的安全,当然底层采用数组+链表+红黑树的存储结构。

HashMap 是最简单的,它不支持并发操作,下面这张图是 HashMap 的结构:

HashMap 里面是一个数组,然后数组中每个元素是一个单向链表。每个绿色的实体是嵌套类 Entry 的实例,Entry 包含四个属性:key, value, hash 值和用于单向链表的 next。

public HashMap(int initialCapacity, float loadFactor) 初始化方法的参数说明:

put 过程

get过程

ConcurrentHashMap 和 HashMap 思路是差不多的,但是因为它支持并发操作,所以要复杂一些。

整个 ConcurrentHashMap 由一个个 Segment 组成,Segment 代表”部分“或”一段“的意思,所以很多人都会将其描述为分段锁。简单的说,ConcurrentHashMap 是一个 Segment 数组,Segment 通过继承 ReentrantLock 来进行加锁,所以每次需要加锁的操作锁住的是一个 segment,这样只要保证每个 Segment 是线程安全的。

再具体到每个 Segment 内部,其实每个 Segment 很像之前介绍的 HashMap,每次操作锁住的是一个 segment,这样只要保证每个 Segment 是线程安全的。

初始化

public ConcurrentHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, int concurrencyLevel) 初始化方法

举个简单的例子:

用 new ConcurrentHashMap() 无参构造函数进行初始化的,那么初始化完成后:

put过程

get过程

Java8 对 HashMap 进行了一些修改,最大的不同就是利用了红黑树,所以其由 数组+链表+红黑树 组成。

根据 Java7 HashMap 的介绍,我们知道,查找的时候,根据 hash 值我们能够快速定位到数组的具体下标,但是之后的话,需要顺着链表一个个比较下去才能找到我们需要的,时间复杂度取决于链表的长度。

为了降低这部分的开销,在 Java8 中,当链表中的元素超过了 8 个以后,会将链表转换为红黑树,在这些位置进行查找的时候可以降低时间复杂度。

jdk7 中使用 Entry 来代表每个 HashMap 中的数据节点,jdk8 中使用 Node,基本没有区别,都是 key,value,hash 和 next 这四个属性,不过,Node 只能用于链表的情况,红黑树的情况需要使用 TreeNode。

我们根据数组元素中,第一个节点数据类型是 Node 还是 TreeNode 来判断该位置下是链表还是红黑树的。

put过程

和jdk7的put差不多

get 过程分析

Java7 中实现的 ConcurrentHashMap 还是比较复杂的,Java8 对 ConcurrentHashMap 进行了比较大的改动。可以参考 Java8 中 HashMap 相对于 Java7 HashMap 的改动,对于 ConcurrentHashMap,Java8 也引入了红黑树。

在1.8版本以前,ConcurrentHashMap采用分段锁的概念,使锁更加细化,但是1.8已经改变了这种思路,而是利用CAS+Synchronized来保证并发更新的安全,底层采用数组+链表+红黑树的存储结构。

ConcurrentHashMap通常只被看做并发效率更高的Map,用来替换其他线程安全的Map容器,比如Hashtable和Collections.synchronizedMap。线程安全的容器,特别是Map,很多情况下一个业务中涉及容器的操作有多个,即复合操作,而在并发执行时,线程安全的容器只能保证自身的数据不被破坏,和数据在多个线程间是可见的,但无法保证业务的行为是否正确。

ConcurrentHashMap总结:

案例2:业务操作的线程安全不能保证

案例3:多线程删除

12.7 对比Hashtable
Hashtable和ConcurrentHashMap的不同点:

Hashtable对get,put,remove都使用了同步操作,它的同步级别是正对Hashtable来进行同步的,也就是说如果有线程正在遍历集合,其他的线程就暂时不能使用该集合了,这样无疑就很容易对性能和吞吐量造成影响,从而形成单点。而ConcurrentHashMap则不同,它只对put,remove操作使用了同步操作,get操作并不影响。
Hashtable在遍历的时候,如果其他线程,包括本线程对Hashtable进行了put,remove等更新操作的话,就会抛出ConcurrentModificationException异常,但如果使用ConcurrentHashMap的话,就不用考虑这方面的问题了

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