Java——ConcurrentHashMap

1.1 *ConcurrentHashMap*

1.1.1 *ConcurrentHashMap的并发度是什么?*

ConcurrentHashMap把实际map划分成若*分来实现它的可扩展性和线程安全。这种划分是使用并发度获得的,它是 ConcurrentHashMap类构造函数的一个可选参数,默认值为16,这样在多线程情况下就能避免争用。

1.1.2 *concurrentHashMap数据结构*

ConcurrentHashMap底层采用分段的数组+链表实现,线程安全。

采用了分段锁的设计,只有在同一个分段内才存在竞态关系,不同的分段锁之间没有锁竞争。相比于对整个Map加锁的设计,分段锁大大的提高了高并发环境下的处理能力。

但同时,由于不是对整个Map加锁,导致一些需要扫描整个Map的方法(如size(), containsValue())需要使用特殊的实现,另外一些方法(如clear())甚至放弃了对一致性的要求(ConcurrentHashMap是弱一致性的)

1.1.3 *segment*

Segment是什么呢?Segment本身就相当于一个HashMap对象。

同HashMap一样,Segment包含一个HashEntry数组,数组中的每一个HashEntry既是一个键值对,也是一个链表的头节点。

Segment对象,在ConcurrentHashMap集合中有多少个呢?有2的N次方个,共同保存在一个名为segments的数组当中。

因此整个ConcurrentHashMap的结构如下:

Java——ConcurrentHashMap

可以说,ConcurrentHashMap是一个二级哈希表。在一个总的哈希表下面,有若干个子哈希表。这样的二级结构,和数据库的水平拆分有些相似。

1.1.4 *在并发情况下,ConcurrentHashMap怎么保证线程安全,怎么实现高性能读写*

ConcurrentHashMap采用了锁分段技术,只有在同一个分段内才存在竞态关系,不同的分段锁之间没有锁竞争。每一个segment的读写操作互相不影响,

不同Segment的写入是可以并发执行的。

同一Segment的写和读是可以并发执行的。

同一Segment的并发写入是需要上锁的,因此对同一Segment的并发写入会被阻塞。

由此可见,ConcurrentHashMap当中每个Segment各自持有一把锁。在保证线程安全的同时降低了锁的粒度,让并发操作效率更高。

1.1.5 *ConcurrentHashMap的读写操作:*

Get方法:

1.为输入的Key做Hash运算,得到hash值。

2.通过hash值,定位到对应的Segment对象

3.再次通过hash值,定位到Segment当中数组的具体位置。

Put方法:

1.为输入的Key做Hash运算,得到hash值。

2.通过hash值,定位到对应的Segment对象

3.获取可重入锁

4.再次通过hash值,定位到Segment当中数组的具体位置。

5.插入或覆盖HashEntry对象。

6.释放锁。

ConcurrentHashMap在读写时,都需要进行二次定位,先定位到segment,然后定位到segment内的具体数组下标

1.1.6 *size一致性问题*

每一个segment都各自加锁,那调用size方法的时候,怎么解决一致性问题

Size方法的目的是统计ConcurrentHashMap的总元素数量,自然需要把各个Segment内部的元素数量汇总起来。

但是,如果在统计Segment元素数量的过程中,已统计过的Segment瞬间插入新的元素,这时候该怎么办呢?

ConcurrentHashMap的Size方法是一个嵌套循环,大体逻辑如下:

1.遍历所有的Segment。

2.把Segment的元素数量累加起来。

3.把Segment的修改次数累加起来。

4.判断所有Segment的总修改次数是否大于上一次的总修改次数。如果大于,说明统计过程中有修改,重新统计,尝试次数+1;如果不是。说明没有修改,统计结束。

5.如果尝试次数超过阈值,则对每一个Segment加锁,再重新统计。

6.再次判断所有Segment的总修改次数是否大于上一次的总修改次数。由于已经加锁,次数一定和上次相等。

7.释放锁,统计结束。

为了尽量不锁住所有Segment,首先乐观地假设Size过程中不会有修改。当尝试一定次数,才无奈转为悲观锁,锁住所有Segment保证强一致性。

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