【257、ConcurrentHashMap为什么是线程安全的?什么情况下会用到CAS?】

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ConcurrentHashMap是线程安全的集合类,它可以被多个线程并发地访问和修改,而不会出现数据不一致或死锁等问题。这主要得益于ConcurrentHashMap的实现方式和内部数据结构。

在JDK 1.7中,ConcurrentHashMap采用了分段锁技术来保证线程安全。具体地,ConcurrentHashMap将整个Map分为若干个Segment,每个Segment拥有自己的锁。不同的线程可以同时访问不同的Segment,从而实现了并发访问。当对某个Segment进行修改时,只需要锁住该Segment的锁,而不用锁住整个Map,从而减少了锁竞争和锁持有时间,提高了并发性能。

在JDK 1.8中,ConcurrentHashMap对内部数据结构进行了优化,采用了基于CAS操作的无锁算法来实现线程安全。具体地,ConcurrentHashMap将整个Map分为若干个Node数组,每个Node包含一个key-value对和一个指向下一个Node的引用。当多个线程并发地访问和修改Map时,采用CAS操作来保证原子性和可见性。当需要对某个Node进行修改时,首先需要通过CAS操作将该Node的状态从“未修改”改为“修改中”,然后进行修改操作,最后通过CAS操作将该Node的状态从“修改中”改为“修改完成”。这样可以避免锁竞争和死锁等问题,同时也提高了并发性能。

在并发编程中,CAS(Compare-And-Swap)是一种无锁算法,用于实现多线程并发访问共享数据。CAS操作包括三个操作数:内存地址V、旧的预期值A、新的值B。当且仅当内存地址V的值等于预期值A时,才将V的值修改为新的值B,否则什么都不做。CAS操作通常被用于实现无锁的计数器、队列、列表等数据结构。

在实际应用中,通常可以根据具体情况选择使用锁或CAS操作,以达到最优的性能和效果。例如,对于一些非常频繁的访问和修改操作,可以选择使用CAS操作来避免锁竞争和死锁等问题,从而提高并发性能。而对于一些复杂的操作,可能需要使用锁来保证原子性和可见性,以确保程序的正确性。