如何淺析ConcurrentHashMap

如何淺析ConcurrentHashMap，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。

直接進入正題，concurrentHashMap相信用的人也很多，因為在數據安全性上確實比HashMap好用，在性能上比hashtable也好用。大家都知道線程在操作一個變量的時候，比如i++，jvm執行的時候需要經過兩個內存，主內存和工作內存。那么在線程A對i進行加1的時候，它需要去主內存拿到變量值，這個時候工作內存中便有了一個變量數據的副本，執行完這些之后，再去對變量真正的加1，但是此時線程B也要操作變量，并且邏輯上也是沒有維護多線程訪問的限制，則很有可能在線程A在從主內存獲取數據并在修改的時候線程B去主內存拿數據，但是這個時候主內存的數據還沒有更新，A線程還沒有來得及講加1后的變量回填到主內存，這個時候變量在這兩個線程操作的情況下就會發生邏輯錯誤。

原子性就是當某一個線程A修改i的值的時候，從取出i到將新的i的值寫給i之間線程B不能對i進行任何操作。也就是說保證某個線程對i的操作是原子性的，這樣就可以避免數據臟讀。

Volatile保證了數據在多線程之間的可見性，每個線程在獲取volatile修飾的變量時候都回去主內存獲取，所以當線程A修改了被volatile修飾的數據后其他線程看到的一定是修改過后最新的數據，也是因為volatile修飾的變量數據每次都要去主內存獲取，在性能上會有些犧牲。

HashMap在多線程的場景下是不安全的，hashtable雖然是在數據表上加鎖，縱然數據安全了，但是性能方面確實不如HashMap。那么來看看concurrentHashMap是如何解決這些問題的。

concurrentHashMap由多個segment組成，每一個segment都包含了一個HashEntry數組的hashtable， 每一個segment包含了對自己的hashtable的操作，比如get，put，replace等操作(這些操作與HashMap邏輯都是一樣的，不同的是concurrentHashMap在執行這些操作的時候加入了重入鎖ReentrantLock)，這些操作發生的時候，對自己的hashtable進行鎖定。由于每一個segment寫操作只鎖定自己的hashtable，所以可能存在多個線程同時寫的情況，性能無疑好于只有一個hashtable鎖定的情況。通俗的講就是concurrentHashMap由多個hashtable組成。

看下concurrentHashMap的remove操作

V remove(Object key, int hash, Object value) {
            lock();//重入鎖
            try {
                int c = count - 1;
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = hash & (tab.length - 1);
                HashEntry<K,V> first = tab[index];
                HashEntry<K,V> e = first;
                while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
                    e = e.next;

                V oldValue = null;
                if (e != null) {
                    V v = e.value;
                    if (value == null || value.equals(v)) {
                        oldValue = v;
                        // All entries following removed node can stay
                        // in list, but all preceding ones need to be
                        // cloned.
                        ++modCount;
                        HashEntry<K,V> newFirst = e.next;
                        for (HashEntry<K,V> p = first; p != e; p = p.next)
                            newFirst = new HashEntry<K,V>(p.key, p.hash,
                                                          newFirst, p.value);
                        tab[index] = newFirst;
                        count = c; // write-volatile
                    }
                }
                return oldValue;
            } finally {
                unlock();//釋放鎖
            }
        }

Count是被volatile所修飾，保證了count的可見性，避免操作數據的時候產生邏輯錯誤。segment中的remove操作和HashMap大致一樣，HashMap沒有lock()和unlock()操作。

看下concurrentHashMap的get源碼

V get(Object key, int hash) {
            if (count != 0) { // read-volatile
                HashEntry<K,V> e = getFirst(hash);
　　　　　　　　//如果沒有找到則直接返回null
                while (e != null) {
                    if (e.hash == hash && key.equals(e.key)) {
　　　　　　　　　　　　//由于沒有加鎖，在get的過程中，可能會有更新，拿到的key對應的value可能為null，需要單獨判斷一遍
                        V v = e.value;
　　　　　　　　　　　　//如果value為不為null，則返回獲取到的value
                        if (v != null)
                            return v;
                        return readValueUnderLock(e); // recheck
                    }
                    e = e.next;
                }
            }
            return null;
        }

關于concurrentHashMap的get的相關說明已經在上面代碼中給出了注釋，這里就不多說了。

看下concurrentHashMap中的put

public V put(K key, V value) {
        if (value == null)
            throw new NullPointerException();
        int hash = hash(key.hashCode());
        return segmentFor(hash).put(key, hash, value, false);
}

可以看到concurrentHashMap不允許key或者value為null

接下來看下segment的put

V put(K key, int hash, V value, boolean onlyIfAbsent) {
            lock();
            try {
                int c = count;
                if (c++ > threshold) // ensure capacity
                    rehash();
                HashEntry<K,V>[] tab = table;
                int index = hash & (tab.length - 1);
                HashEntry<K,V> first = tab[index];
                HashEntry<K,V> e = first;
                while (e != null && (e.hash != hash || !key.equals(e.key)))
                    e = e.next;

                V oldValue;
                if (e != null) {
                    oldValue = e.value;
                    if (!onlyIfAbsent)
                        e.value = value;
                }
                else {
                    oldValue = null;
                    ++modCount;
                    tab[index] = new HashEntry<K,V>(key, hash, first, value);
                    count = c; // write-volatile
                }
                return oldValue;
            } finally {
                unlock();
            }
        }

 同樣也是加入了重入鎖，其他的基本和HashMap邏輯差不多。值得一提的是jdk8中添加的中的putval，這里就不多說了。

ConcurrentHashmap將數據結構分為了多個Segment，也是使用重入鎖來解決高并發，講他分為多個segment是為了減小鎖的力度，添加的時候加了鎖，索引的時候沒有加鎖，使用volatile修飾count是為了保持count的可見性，都是jdk為了解決并發和多線程操作的常用手段。

看完上述內容是否對您有幫助呢？如果還想對相關知識有進一步的了解或閱讀更多相關文章，請關注億速云行業資訊頻道，感謝您對億速云的支持。