ConcurrentHashMap 如何保证线程安全？
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JDK7：分段锁机制，不同
Segment可并行写入 -
JDK8：桶级别锁（头节点加
synchronized）+ CAS（如putVal()）
主要就是为了应对hashmap在并发环境下不安全而诞生的，ConcurrentHashMap的设计与实现非常精巧，大量的利用了volatile，final，CAS等lock-free技术来减少锁竞争对于性能的影响。
我们都知道Map一般都是数组+链表结构（JDK1.8该为数组+红黑树）。
ConcurrentHashMap避免了对全局加锁改成了局部加锁操作，这样就极大地提高了并发环境下的操作速度，由于ConcurrentHashMap在JDK1.7和1.8中的实现非常不同，接下来我们谈谈JDK在1.7和1.8中的区别。
ConcurrentHashMap 是 Java 中用于实现线程安全的哈希表（Map）实现类，位于 java.util.concurrent 包中。它在保证高并发性能的同时，提供了线程安全的操作机制，是多线程环境下推荐使用的 Map 实现。
一、ConcurrentHashMap 的核心特性
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 线程安全 | 多个线程可以同时读写而不会导致数据不一致或抛出异常。 |
| 高性能 | 相比 Collections.synchronizedMap(new HashMap()) 或 Hashtable，性能更高，因为它采用了分段锁机制。 |
| 弱一致性迭代器 | 迭代器不会抛出 ConcurrentModificationException，但可能不会立即反映最新的修改。 |
二、实现原理（以 JDK 1.8 为例）
1. 结构设计：数组 + 链表 + 红黑树
ConcurrentHashMap使用类似于HashMap的结构：数组 + 链表/红黑树。- 每个桶（bucket）对应一个链表或红黑树，当链表长度超过阈值（默认为 8）时转换为红黑树，提升查找效率。
2. CAS + synchronized 控制并发
- 不再使用
Segment分段锁（JDK 1.7 及之前），而是采用更细粒度的锁机制：
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- CAS（Compare and Swap） ：用于无锁更新操作，如
putIfAbsent、replace等。 - synchronized：对某个桶（链表或红黑树的根节点）加锁，只锁定当前正在操作的节点，而不是整个 Map。
- CAS（Compare and Swap） ：用于无锁更新操作，如
3. 扩容机制优化
- 在扩容时，支持多线程并发迁移（transfer），每个线程负责一部分桶的迁移工作。
- 扩容过程中允许继续读写，提升了并发性能。
三、线程安全的方法
| 方法 | 是否线程安全 | 说明 |
|---|---|---|
| get(Object key) | ✅ | 无锁，使用 volatile 保证可见性 |
| put(K key, V value) | ✅ | CAS + synchronized 实现线程安全 |
| remove(Object key) | ✅ | 同上 |
putIfAbsent(K key, V value) | ✅ | 如果不存在才插入，利用 CAS |
computeIfPresent(K key, BiFunction<? super K, ? super V, ? extends V> remappingFunction) | ✅ | 如果存在则计算并更新 |
forEach(BiConsumer<? super K, ? super V> action) | ✅ | 支持并发遍历 |
| keySet() / values() / entrySet() | ⚠️ 弱一致性 | 迭代过程不阻塞，但可能看到旧数据 |
四、与 Hashtable 和 SynchronizedMap 的区别
| 对比项 | ConcurrentHashMap | Hashtable | Collections.synchronizedMap(new HashMap()) |
|---|---|---|---|
| 锁粒度 | 桶级别（更细） | 整个 Map（粗） | 整个 Map（粗） |
| 性能 | 高 | 低 | 低 |
| 允许 null 值 | key/value 都不允许为 null | key/value 都不允许为 null | key/value 都不允许为 null |
| 迭代器 | 弱一致性 | fail-fast | fail-fast |
| 扩容策略 | 并发扩容 | 单线程扩容 | 单线程扩容 |
五、应用场景
| 场景 | 推荐使用 ConcurrentHashMap 的原因 |
|---|---|
| 缓存系统 | 高并发下频繁读写缓存键值对 |
| 统计计数器 | 多线程统计访问次数等信息 |
| 注册中心 | 存储服务实例和服务名之间的映射关系 |
| 状态管理 | 多线程共享状态变量，如任务执行状态 |
六、注意事项
- 不能保证复合操作的原子性
如if-put或put-if-absent，需要使用putIfAbsent、computeIfPresent等方法。 - 迭代器是弱一致性的
在迭代期间其他线程修改了内容，迭代器可能不会立即感知到变化。 - 不支持 null 键和 null 值
为了避免歧义（null 表示不存在还是存在但值为 null）。 - 不要依赖其顺序性
ConcurrentHashMap不保证元素的顺序。
七、总结
ConcurrentHashMap 是 Java 并发编程中最常用的线程安全 Map 实现，具有以下优势：
✅ 高并发性能
✅ 线程安全
✅ 支持并发扩容
✅ 提供丰富的线程安全操作方法
合理使用 ConcurrentHashMap 可以显著提高多线程程序的性能和稳定性，适用于大多数并发场景下的键值存储需求。
