一句话说透Java里面的ConcurentHashMap加锁机制是什么？

Java中的ConcurrentHashMap加锁机制详解

ConcurrentHashMap 是Java中高效的线程安全哈希表，其加锁机制经过多次优化，核心设计为 减小锁粒度 和 无锁化操作，以提升并发性能。以下是其加锁机制的详细解析：

---

一、Java 7及之前的分段锁（Segment）

1. 分段设计：

   • 将整个哈希表分为多个 段（Segment） ，每个段相当于独立的哈希表。
   • 默认16个段，允许最多16个线程并发操作不同段，减少竞争。

2. 锁机制：

   • 每个段继承自 ReentrantLock，操作前需获取对应段的锁。
   • 优点：段间操作互不干扰，提高并发度。
   • 缺点：段数固定，扩容不够灵活。

---

二、Java 8及之后的优化：CAS + synchronized

Java 8摒弃分段锁，采用更细粒度的 桶级别锁 和 CAS无锁操作，结合以下机制：

1. 无锁化操作（CAS）

• 适用场景：初始化、插入空桶、更新值等。

  • 示例：插入新节点时，若桶为空，直接通过CAS设置头节点，无需加锁。

  if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))
      break;
  

2. 细粒度锁（synchronized）

• 锁对象：每个桶的头节点（链表或红黑树根节点）。

  • 操作非空桶时，使用 synchronized 锁住头节点。
  • 优点：仅锁当前桶，其他桶操作不受影响。

  synchronized (f) {
      // 处理链表或红黑树
  }
  

3. 扩容协作

• 多线程协同扩容：

  • 当线程插入数据时发现正在扩容，会协助迁移数据。
  • 通过 ForwardingNode 标记迁移状态，避免重复操作。
  • 优点：加快扩容速度，减少性能波动。

---

三、核心操作流程

1. 插入元素（put）

1. 计算哈希定位到桶。
2. 桶为空：尝试CAS插入新节点。
3. 桶非空：锁住头节点，处理链表或红黑树。
4. 检查是否需要扩容，触发迁移。

2. 获取元素（get）

• 全程无锁：依赖 volatile 保证可见性，直接遍历链表或树。

3. 扩容（transfer）

1. 分配新数组，容量翻倍。
2. 多线程协作迁移旧数据，每个线程负责一段区间。
3. 迁移完成，替换旧数组引用。

---

四、关键设计优势

1. 锁粒度极细：仅锁单个桶，不同桶操作完全并行。
2. CAS减少锁竞争：空桶插入等场景无需加锁。
3. 并发扩容：多线程协同迁移数据，降低扩容延迟。

---

五、性能对比

实现方式	锁粒度	并发度	适用场景
Hashtable	全表锁	低（单线程操作）	遗留代码兼容
分段锁（Java 7）	段锁（默认16段）	中（段间并发）	中等并发
CAS + synchronized（Java 8+）	桶锁	高（桶间完全并发）	高并发、大数据量

---

六、总结

• Java 7：通过 分段锁 提升并发，但段数固定，灵活性不足。
• Java 8+ ：采用 桶锁 + CAS，锁粒度更细，支持动态扩容协作，性能显著提升。
• 适用场景：高并发读写（如缓存、计数器）、需线程安全且高效的数据存储。

核心口诀：
「ConcurrentHashMap 强，线程安全效率高
Java 7 分段锁，段间并发性能保
Java 8 更优化，CAS 加锁粒度小
桶锁配合协同扩，高并发下稳如锚！」