基本语法

1. java访问权限控制

java中，针对类、成员方法和属性提供了四种访问级别，分别是private、default、protected和public。

• private（当前类访问级别）：对于私有成员变量和方法，只有在本类中创建对象时，这个对象才能访问自己的私有成员变量和方法。
• default（包访问级别）：类的成员变量和方法什么修饰词也没有，又叫包修饰符，只有类本身成员和当前包下的成员可以访问。
• protected（子类访问级别）：用protected修饰的成员变量和方法能被该类的成员以及其子类成员访问，还可以被包内的其他类的成员访问。
• public（公共访问级别）：被public修饰的成员能够被所有的类访问，不管访问类与被访问类是否在同一个包中。

修饰符\作用域	同一个类中	同一个包中	子类中	任何地方
private	可以
default	可以	可以
protected	可以	可以	可以
public	可以	可以	可以	可以

2. ConcurrentHashMap

ConcurrentHashMap是HashMap的线程安全版本，内部也是使用（数组+链表+红黑树）的结构来存储元素。相比于同样线程安全的HashTable来说，效率等各方面都有极大的提升。

2.1 相关概念

• synchronized：java中的关键字，内部实现为监视器锁，主要通过对象监视器在对象头中的字段来表明的。synchronized从旧版本到现在已经做了很多优化了，在运行时会有三种存在方式：偏向锁、轻量级锁和重量级锁。

  • 偏向锁：是指一段同步代码一直被一个线程访问，那么这个线程会自动获取锁，降低获取锁的代价。
  • 轻量级锁：是指当锁是偏向锁时，被另一个线程所访问，偏向锁会升级为轻量级锁，这个线程会通过自旋的方式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。
  • 重量级锁：是指当锁是轻量级锁时，当自旋的线程自旋了一定的次数后，还没有获得锁，就会进入阻塞状态，该锁升级为重量级锁，重量级锁会使其他线程阻塞，性能降低。

• CAS(Compare And Swap)：它是一种乐观锁，认为对于同一个数据的并发操作不一定会发生修改，在更新数据库的时候，尝试去更新数据，如果失败就不断尝试。

• volatile（非锁）：java中的关键字，当多个线程访问一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看到修改的值。

• 自旋锁：是指尝试获取锁的线程不会阻塞，而是循环的方式不断尝试，这样做的好处是减少线程的上下文切换带来的开锁，提高性能，缺点是循环会消耗CPU。

• 分段锁：是一种锁的设计思路，它细化了锁的粒度，主要运用在ConcurrentHashMap中，实现高效的并发操作，当操作不需要更新整个数组时，就只锁数组中的一项就可以了。

• ReentrantLock：可重入锁，是指一个线程获取锁之后能够再次获得该对象的锁，可重入锁的优点是避免死锁（Test对象中有两个需要加锁的方法A和B，A中调用了B。如果我们先执行A（进行了加锁），A中调用B时。如果不是可重入锁，就发生A等待B执行完，B等待A释放锁的循环等待。可重入锁可以避免此类情况发生）。synchronized也是可重入锁。

2.2 定义

java中，HashMap是非安全的，如果想在多线程下安全的操作map，有以下几种解决方式：

• 使用Hashtable线程安全类；
• 使用Collections.synchronizedMap方法，对方法进行加同步锁；
• 使用并发包中的ConcurrentHashMap类。 HashTable是一个线程安全的类，HashTable几乎所有的添加、删除、查询方法都加了synchronized同步锁。相当于给整个哈希表加了一大把锁，多线程访问的时候，只要一个线程访问或操作该对象，那其他线程只能阻塞，等待需要的锁被释放，在竞争激烈的多线程场景中性能会非常差，所以HashTable不推荐使用。

Collections.synchronizedMap里面使用对象锁来保证多线程场景下，操作安全，本质上也是对HashMap进行全表锁。使用Collections.synchronizedMap方法，在竞争激烈的多线程环境下性能依然非常差，所以不推荐使用。

ConcurrentHashMap类锁采用的是分段锁的思想，将HashMap进行切割，把HashMap中的哈希数组切分成小不同的Segment，它继承自ReentrantLock（可重入锁）。

对于ConcurrentHashMap，jdk1.8和jdk1.7有很大的不同。

---

jdk1.8对HashMap做了改造，当冲突链表长度大于8时，会将链表转换成红黑树结构。jdk1.8中的ConcurrentHashMap类取消了Segment分段锁，采用CAS+synchronized来保证并发安全，数据结构跟jdk1.8中的HashMap结构类似，都是数组+链表（当链表长度大于8时，链表结构转为红黑二叉树）结构。并且ConcurrentHashMap中synchronized只锁定当前链表或红黑二叉树的首节点，只要节点hash不冲突，就不会产生冲突，相比jdk1.7的ConcurrentHashMap效率又提升了N倍。

---

jdk1.7segment本身就相当于一个HashMap对象。一个ConcurrentHashMap集合中包含2的N次方个segment。原理是通过对每个Segment持有一把锁，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。 jdk1.7中的ConcurrentHashMap并发读写的几种情况：

• 不同的Segment的并发写入（可以同时进行）
• 同一Segment的一读一写（可以并发执行）
• 同一Segment的并发写入（阻塞）

jdk1.7的ConcurrentHashMap读写的过程：

• get方法：为输入的key计算hash值；通过hash值定位到segment对象；在此通过hash值，定位到segment当中的具体位置。
• put方法：为key计算hash值；通过hash值定位到对应的segment对象；获得可重入锁（segment继承可重入锁）；再次通过hash值定位到数组中的具体位置；插入或覆盖HashEntry对象；释放锁；

---

jdk1.8相比于jdk1.7中的ConcurrentHashMap采用了链表和红黑树结合的技术（冲突的链表长度大于8时，会将链表转化为红黑二叉树结构）。相比于jdk1.7的使用分段锁Segment，jdk1.8采用了CAS+synchronized保证并发的安全性。

jdk1.8中对节点Node类中的共享变量，和jdk1.7一样，使用volatile关键字，保证多线程操作时，变量的可见性。

• put方法：判断key、value是否为空，如果为空就抛异常；接着会判断容器数组是否为空，如果为空就初始化数组；进一步判断要插入的f，在当前数组下标是否第一次插入，如果是就通过CAS方式插入；再接着判断f.hash==-1是否成立，如果成立，说明当前f是ForwardingNode节点，表示其他线程正在扩容，则一起进行扩容操作；其他的情况，就是把新的Node节点按链表或红黑树的方式插入到合适的位置；节点插入完成后，接着判断链表长度是否超过8，如果超过8个，就将链表转化为红黑树结构；最后，插入完成之后，进行扩容判断。
  • initTable初始化数组：使用CAS锁控制只有一个线程初始化tab数组；sizeCtl在初始化后存储的是扩容门槛；扩容门槛写死的是数组tab数组大小的0.75倍，tab数组大小即map的容量，也就是最多存储多少个元素。
  • helpTransfer协助扩容：对table、node节点、node节点的nextTable，进行数据校验；根据数组的length得到一个表示符号；进一步校验nextTab、tab、sizeCtl值、如果nextTab没有被并发修改并且tab也没有被并发修改，同时sizeCtl<0，说明还在扩容；对sizeCtl参数值进行分析判断，如果不满足任何一个判断，将sizeCtl+1,增加了一个线程帮助其扩容。
  • addCount扩容判断：利用CAS将方法更新baseCount的值；检查是否需要扩容，默认check=1，需要检查；如果满足扩容条件，判断当前是否正在扩容，如果是正在扩容就一起扩容；如果不在扩容，将sizeCtl更新为负数，并进行扩容处理。 以上就是整个put方法的流程，可以发现，里面大量使用了CAS方法，CAS表示比较与替换，里面有3个参数，分别是目标内存地址、旧值、新值，每次判断的时候，会将旧值与目标内存地址中的值进行比较，如果相等，就将新值更新到内存地址里，如果不相等，就继续循环，直到操作成功为止。
• get方法：判断数组是否为空，通过key定位到数组下标是否为空；判断node节点第一个元素是不是找到，如果是直接返回；如果是红黑树结构，就从红黑树里面查询；如果是链表结构，循环遍历判断。
• remove方法：循环遍历数组，接着校验参数；判断是否有别的线程正在扩容，如果是一起扩容；用synchronized同步锁，保证并发时元素移除安全；
• 因为check=-1，所以不会进行扩容操作，利用CAS操作修改baseCount值。 但是多个线程同时调用unsafeUpdatae()方法，ConcurrentHashMap不能保证线程安全。