Java ConcurrentHashMap锁分段机制使用及代码实例

概述

锁分段机制ConcurrentHashMap

线程安全的hash表 每一段都是一个独立的锁

Java 5.0 在 java.util.concurrent 包中提供了多种并发容器类来改进同步容器的性能。

ConcurrentHashMap 同步容器类是Java 5 增加的一个线程安全的哈希表。对与多线程的操作，介于 HashMap 与 Hashtable 之间。内部采用“锁分段”机制替代 Hashtable 的独占锁。进而提高性能。

此包还提供了设计用于多线程上下文中的 Collection 实现：ConcurrentHashMap、 ConcurrentSkipListMap、 ConcurrentSkipListSet、CopyOnWriteArrayList 和 CopyOnWriteArraySet。当期望许多线程访问一个给定 collection 时， ConcurrentHashMap 通常优于同步的 HashMap，ConcurrentSkipListMap 通常优于同步的 TreeMap。当期望的读数和遍历远远大于列表的更新数时， CopyOnWriteArrayList 优于同步的 ArrayList。

ConcurrentHashMap就是一个线程安全的hash表。我们知道HashMap是线程不安全的，Hashtable加了锁，是线程安全的，因此它效率低。

HashTable加锁就是将整个hash表锁起来，当有多个线程访问时，同一时间只能有一个线程访问，并行变成串行，因此效率低。所以JDK1.5后提供了ConcurrentHashMap，它采用了锁分段机制。

1.8以后底层又换成了CAS，把锁分段机制放弃了。CAS基本就达到了无锁的境界。

详解

ConcurrentHashMap 是 Java 中的一个线程安全的哈希表，它在多线程环境下提供了高效的读取和更新操作。

从 Java 8 开始，ConcurrentHashMap 引入了一种新的机制，称为“锁分段”（Segmentation with Locks），以提高并发性能。

锁分段机制详解

在 Java 8 之前的版本中，ConcurrentHashMap 使用分段锁（Segmentation with Segments）来实现线程安全。每个段相当于一个小型的哈希表，拥有自己的锁。当多个线程访问不同段的数据时，它们可以并发进行，从而减少了锁的竞争。

然而，Java 8 引入的锁分段机制进一步优化了这一点。在新的实现中：

• CAS 操作：ConcurrentHashMap 使用了更多的无锁编程技术，如原子操作（Compare-And-Swap, CAS），来减少锁的使用。
• Node 继承结构：内部结构由 Node、TreeNode、TreeBin 等类组成，这些类继承自 Node，形成了一个复杂的继承结构。
• Synchronized 粒度：在某些操作上，如扩容和部分更新操作上，仍然使用了 synchronized 块来保证线程安全。
• 减少锁的竞争：通过减少锁的使用，ConcurrentHashMap 允许更高的并发性，因为线程可以在没有锁的情况下进行大部分操作。

示例

下面是一个简单的 ConcurrentHashMap 使用示例：

import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;

public class ConcurrentHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个 ConcurrentHashMap 实例
        ConcurrentHashMap<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();

        // 插入数据
        map.put("One", 1);
        map.put("Two", 2);
        map.put("Three", 3);

        // 读取数据
        System.out.println(map.get("Two")); // 输出 2

        // 并发更新数据
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            int finalI = i;
            new Thread(() -> map.put("Key" + finalI, finalI)).start();
        }

        // 等待所有线程完成
        while (Thread.activeCount() > 1) {
            Thread.yield();
        }

        // 输出更新后的数据
        System.out.println(map.get("Key9")); // 输出 9
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个 ConcurrentHashMap 实例，并插入了一些数据。然后，我们启动了多个线程来并发地更新数据。

由于 ConcurrentHashMap 是线程安全的，即使在多线程环境下，这些操作也不会导致数据不一致的问题。

注意事项

• ConcurrentHashMap 在高并发环境下比 Hashtable 或 Collections.synchronizedMap 有更好的性能。
• ConcurrentHashMap 适用于读多写少的场景。
• 在使用 ConcurrentHashMap 时，仍然需要注意避免长时间持有迭代器，因为在迭代过程中可能会有结构性修改（如扩容）。

ConcurrentHashMap 是 Java 并发包 java.util.concurrent 中的一个重要组件，它通过锁分段机制提供了高效的并发访问能力。

总结

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。