Java集合之ConcurrentHashMap

一 在Java集合之HashMap中，谈到HashMap是线程不安全的，那么有什么办法解决线程不安全的问题？

在多线程的场景下，有如下几种代替方式：

• 使用Collections.synchronizedMap(Map)创建线程安全的map集合；

• Hashtable

• ConcurrentHashMap

synchronizedMap有两个构造函数，如果传参了mutex，则将对象的排斥锁赋值为传入的值，创建出synchronizedMap后，操作map时就会对方法上锁。

Hashtable 效率较低，对数据的操作都上锁，Hashtable 是不允许 KEY 和 VALUE 为 null, 而 HashMap可以，是因为Hashtable使用安全失败机制，这种机制使你每次读到的数据不一定是最新数据。如果使用null值，则无法判断对应的key是不存在还是空。

二 Hashtable与HashMap的区别？？

实现方式不一样：Hashtable 继承了 Dictionary类，而 HashMap 继承的是 AbstractMap 类。

初始化容量不一样：HashMap 的初始容量为：16，Hashtable 初始容量为：11，两者的负载因子默认都是：0.75。

扩容机制不一样：当现有容量大于总容量 * 负载因子时，HashMap 扩容规则为当前容量翻倍（2*size），Hashtable 扩容规则为当前容量翻倍 + 1（2*size + 1）。

迭代器不同：HashMap 中的 Iterator 迭代器是 fail-fast 的，而 Hashtable 的 Enumerator 不是 fail-fast 的。

三 Java7中ConcurrentHashMap底层数据结构是什么？

数组+链表

（1）Segment 是怎样的？

Segment是ConcurrentHashMap中的一个内部类，关键点在于一个被volatile修饰了的HashEntry 数组。

（2）为什么它并发度高

ConcurrentHashMap 采用了分段锁技术，其中 Segment 继承于 ReentrantLock，每个线程获取锁访问一个segment时不会影响到其他segment，如果segment数组大小为16，则它的并发度就是16，最多允许同时16个线程操作segment依然能保持线程安全。

（3）它是如何保证线程安全的？

在put时，首先尝试获取锁，如果获取失败肯定就是有其他线程持有锁资源，那么就是用scanAndLockForPut()自旋获取锁，如果自旋次数到达MAX_SCAN_RETRIES则改为阻塞锁，保证能成功获取锁资源。

在get时，先将key通过hash定位到是哪个segment，再通过一次hash定位到具体的元素上，由于HashEntry数组使用了volatile修饰，则保证了HashEntry的内存可见，所以每次获取的都是最新值，整个获取过程也不需要加锁。

（4）他有什么缺点？

查询时需要遍历链表，导致效率低下

四 Java8中ConcurrentHashMap底层数据结构是什么？

数组+链表+红黑树

（1）它是如何存取的？

    /** Implementation for put and putIfAbsent */
    final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
        if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
        //1. 计算key的hash值
        int hash = spread(key.hashCode());
        int binCount = 0;
        for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
            Node<K,V> f; int n, i, fh; K fk; V fv;
            //2. 判断是否需要初始化tab
            if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
                tab = initTable();
            //3. 找该 hash 值对应的数组下标，得到第一个节点 f
            else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
                //4. 根据当前key定位出node，如果该位置node为空则写入，否则利用CAS尝试写入，失败则自旋保证成功
                if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))
                    break;                   // no lock when adding to empty bin
            }
            //5. 如果当前位置hashcode == MOVED == -1，则需要进行扩容    
            else if ((fh = f.hash) == MOVED)
                tab = helpTransfer(tab, f);
            else if (onlyIfAbsent // check first node without acquiring lock
                     && fh == hash
                     && ((fk = f.key) == key || (fk != null && key.equals(fk)))
                     && (fv = f.val) != null)
                return fv;
            else {
                //6. 如果都不满足，则利用synchronized锁写入数据
                V oldVal = null;
                synchronized (f) {
                    if (tabAt(tab, i) == f) {
                        if (fh >= 0) {
                            binCount = 1;
                            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                                K ek;
                                if (e.hash == hash &&
                                    ((ek = e.key) == key ||
                                     (ek != null && key.equals(ek)))) {
                                    oldVal = e.val;
                                    if (!onlyIfAbsent)
                                        e.val = value;
                                    break;
                                }
                                Node<K,V> pred = e;
                                if ((e = e.next) == null) {
                                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value);
                                    break;
                                }
                            }
                        }
                        else if (f instanceof TreeBin) {
                            Node<K,V> p;
                            binCount = 2;
                            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                                           value)) != null) {
                                oldVal = p.val;
                                if (!onlyIfAbsent)
                                    p.val = value;
                            }
                        }
                        else if (f instanceof ReservationNode)
                            throw new IllegalStateException("Recursive update");
                    }
                }
                if (binCount != 0) {
                    //7. 如果数量大于等于TREEIFY_THRESHOLD（8）则转换为红黑树
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
                        treeifyBin(tab, i);
                    if (oldVal != null)
                        return oldVal;
                    break;
                }
            }
        }
        addCount(1L, binCount);
        return null;
    }

    public V get(Object key) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> e, p; int n, eh; K ek;
        int h = spread(key.hashCode());
        //根据key的hash值寻址
        if ((tab = table) != null && (n = tab.length) > 0 &&
            (e = tabAt(tab, (n - 1) & h)) != null) {
            //如果在桶上，直接返回
            if ((eh = e.hash) == h) {
                if ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek)))
                    return e.val;
            }
            //如果桶的hash小于9说明正在扩容或者该位置是红黑树
            else if (eh < 0)
                return (p = e.find(h, key)) != null ? p.val : null;
            //还是不满足条件按照链表的方式获取值
            while ((e = e.next) != null) {
                if (e.hash == h &&
                    ((ek = e.key) == key || (ek != null && key.equals(ek))))
                    return e.val;
            }
        }
        return null;
    }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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