ConcurrentHashMap的“核动力引擎”详解--- ## **ConcurrentHashMap的“核动力引擎

2. 并发控制的“三板斧”：CAS + synchronized + volatile

(1) CAS（Compare And Swap）——无锁的“轻功”

应用场景：初始化数组、插入头节点、计数（如sizeCtl字段）等非阻塞操作。

代码示例：

// 典型的CAS操作（伪代码）
if (当前值 == 预期值) {
    更新为新值;
    return true;
} else {
    return false;
}

优势：避免线程阻塞，适合低竞争场景。
缺点：高竞争时可能导致大量重试（CPU空转）。

(2) synchronized锁——精准打击的“点穴术”

锁对象：每个数组桶的头节点（即链表或树的根节点）。
锁粒度：只锁当前操作的桶，其他桶可自由访问，彻底告别“全员排队”。
优化：JDK1.6后synchronized升级为“偏向锁→轻量级锁→重量级锁”，性能媲美CAS。

举个栗子🌰：
想象一个餐厅，Hashtable是所有人排队等一个收银台，而ConcurrentHashMap是每个餐桌（桶）有自己的服务员（锁），顾客（线程）只需在目标餐桌前排队。

(3) volatile变量——实时更新的“监控探头”

应用字段：table数组、Node.val、Node.next等。
作用：保证多线程间的可见性，读取最新值，避免脏数据。

3. 扩容机制：多线程“搭把手”的高效迁移

CHM的扩容是“渐进式”的，不会一次性卡死所有线程，核心步骤：

触发条件：当元素数量超过容量 × 负载因子时触发扩容。
分配任务：每个线程处理一个“步长”（stride）的桶区间，默认16个桶。
迁移数据：
- 旧桶标记为ForwardingNode（表示正在迁移）。
- 其他线程插入数据时，发现ForwardingNode会主动帮忙迁移。
完成扩容：所有桶迁移后，数组大小翻倍，阈值更新。

关键代码片段（简化版）：

while (正在迁移) {
    if (当前线程是第一个触发扩容的线程) {
        初始化新数组（双倍大小）;
    }
    分配迁移区间（从旧数组的i到i+stride）;
    for (每个桶 in 分配区间) {
        if (桶未被迁移) {
            锁住桶头节点;
            迁移链表或树到新数组;
            替换为ForwardingNode;
        }
    }
}

为什么高效？

并行迁移：多线程协作，分摊迁移成本。
无全局锁：每个线程处理不同区间，互不干扰。

4. 哈希碰撞处理：分散与平衡的艺术

哈希算法：
```
int hash = (key.hashCode() ^ (key.hashCode() >>> 16)) & 0x7fffffff;
```
通过高位异或，让哈希值分布更均匀，减少碰撞概率。
再哈希策略：若发生碰撞，先尝试链表插入，过长则转红黑树。

5. 源码中的“彩蛋”设计

sizeCtl字段：一个int值兼任多个角色：
- 负数：表示正在初始化或扩容。
- 正数：表示扩容阈值。
TreeBin类：红黑树的“管家”，内部用volatile int lockState实现读写锁，平衡树结构调整与查询的并发性。

6. 性能对比实验（附伪代码）

// 测试代码：10个线程，每个写入10000次
Map<String, Integer> map = new ConcurrentHashMap<>();
ExecutorService pool = Executors.newFixedThreadPool(10);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    pool.submit(() -> {
        for (int j = 0; j < 10000; j++) {
            map.put(Thread.currentThread().getName() + j, j);
        }
    });
}
pool.shutdown();
pool.awaitTermination(1, TimeUnit.HOURS);
System.out.println("耗时：" + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
// 结果：ConcurrentHashMap通常比Hashtable快5倍以上！

总结：ConcurrentHashMap的“内功精髓”

锁粒度：从分段锁（JDK1.7）到桶锁（JDK1.8），锁粒度越来越细。
数据结构：链表转红黑树，平衡查询与插入效率。
并发协作：CAS + synchronized + volatile，实现无锁化与精准锁的完美结合。

最后一句金句💡：

ConcurrentHashMap的设计哲学是——“能无锁就无锁，必须锁就锁最少”。这不仅是技术的胜利，更是对“高效协作”的深刻理解！