ConcurrentHashMap 概述

ConcurrentHashMap 是 Java 并发包（java.util.concurrent）中最重要的并发容器之一，专为多线程环境设计，用于解决哈希表的线程安全问题，同时保持高效的并发性能。它的核心目标是在保证线程安全的前提下，尽可能减少锁竞争，支持高并发的读写操作。

为什么需要 ConcurrentHashMap

在 ConcurrentHashMap 出现之前，处理哈希表的线程安全有两种方案：

  1. Hashtable：通过 synchronized 修饰所有方法，对所有共享资源整体上锁，当一个线程访问该资源时，其它线程必须阻塞等待，并发性能差
  2. 内部通过包装 HashMap，使用一个全局锁（mutex）保证安全，同样是全表锁，

ConcurrentHashMap 的出现打破了全表锁，大大提升了并发效率

JDK 1.7 中的实现方式

核心采用 “分段锁（Segment）” 机制，这是一种将哈希表分割为多个独立段（Segment），每段单独加锁的设计

每个 Segment 数组就是一个小的哈希表，自身继承了 ReentrantLock，即每一个 Segment 就是一个哈希表，Segment 中的每一个元素可以当作一个链表头节点，当有重复元素映射到此链表中，那么就会存储到这个链表。

核心操作原理：

  1. 定位 Segment：根据 key 的哈希值计算出对应的 Segment 索引，确定操作的 Segment 段
  2. 获取 Segment 锁：调用 Segment 的 lock()方法上锁
  3. 在当前 Segment 对应的子数组中执行插入逻辑
  4. 调用 unlock()方法释放锁资源
    不同 Segment 上的操作完全并行。例如，线程 A 操作 Segment[0]，线程 B 操作 Segment[1]，两者无需竞争锁，可同时执行。
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读操作无需加锁，子链表的 value 被 volatile 修饰，一个线程修改后，其他线程能立即看到最新值

JDK 1.8 后的 ConcurrentHashMap

废弃了分段锁，采用了 CAS 无锁算法和 synchronized 来进行了重构，进一步提升了并发性能。

底层结构：数组（Node）+ 链表 + 红黑树

  • Node 数组：维护了一个哈希桶，存储键值对
  • 链表与红黑树：当哈希冲突导致链表长度超过阈值（默认 8），且数组容量 ≥ 64 时，链表会转为红黑树（提升查询效率，从 O (n) 到 O (logn)）

核心操作原理

  1. 计算哈希与索引：根据 key 的哈希值计算数组索引
  2. 初始化数组：通过 CAS 原子操作初始化数组
  3. 无哈希冲突：直接通过 CAS 插入新节点
  4. 有哈希冲突：
    • 若桶内时链表，对链表的头节点加 synchronized 锁，遍历链表查找或插入节点；若插入后链表长度超过阈值，转为红黑树。
    • 若桶内是红黑树：对红黑树的根节点加 synchronized 锁，执行插入操作。
  5. 扩容检查：若元素数量超过阈值（负载因子 * 容量），触发并发扩容（多线程协同迁移数据）。

核心特性

  • 线程安全：通过锁机制（分段锁或节点锁）+ CAS 保证多线程读写安全，避免了 HashMap 并发修改时的死循环、数据丢失等问题。
  • 高效并发：细粒度锁设计减少锁竞争，读操作无锁，写操作仅锁定冲突节点，支持高并发场景