0

0

ConcurrentHashMap是如何实现并发安全的_源码思想讲解

P粉602998670

P粉602998670

发布时间:2026-01-08 16:52:02

|

547人浏览过

|

来源于php中文网

原创

ConcurrentHashMap 的 get 不加锁也能安全,是因为 Node 的 val 和 next 字段为 volatile,借助 JVM 内存模型的 happens-before 保证可见性,单次读取原子且无需锁;全程仅三次内存访问,遇扩容自动查新表。

concurrenthashmap是如何实现并发安全的_源码思想讲解

ConcurrentHashMap 为什么 get 不加锁也能安全?

因为 Node 的关键字段都声明为 volatile:比如 valnext。只要一个线程写入了新值,其他线程读取时就能立刻看到最新结果——这是 JVM 内存模型的 happens-before 保证,不是靠锁,而是靠语义约束。

常见错误现象:有人误以为 “没加锁 = 可能读到中间状态”,但在 get 场景下,只要不涉及复合操作(比如先读再算再写),单次读取 volatile 字段就是原子且可见的。

  • get 操作全程无锁,只做三次内存访问:定位数组索引 → 读首节点 → 遍历链表或红黑树(若存在)
  • 如果首节点是 ForwardingNode(hash = -1),说明正在扩容,get 会直接去新表查,无缝切换
  • 红黑树节点封装在 TreeBin 中,其内部查找也用 volatile 保护结构字段,不依赖锁

put 是怎么避免竞争覆盖的?CAS + 自旋 + 细粒度锁

putVal 的核心不是“抢一把大锁”,而是分阶段控制:先用 CAS 尝试无锁写入空槽;失败则退到 synchronized 锁住单个桶(Node 首节点);极端情况(如链表转树)才升级锁范围。

容易踩的坑:以为 “synchronized 锁的是整个 ConcurrentHashMap”,其实它只锁当前桶的头节点(f),其它桶完全不受影响。

  • 首次插入空桶:调用 casTabAt(tab, i, null, new Node(...)),成功即退出
  • 发现桶非空且未扩容:用 synchronized(f) 锁住该 Node,再遍历链表/树插入或更新
  • 遇到 ForwardingNode(hash == -1):说明有线程正在扩容,当前线程主动调用 helpTransfer 协助搬数据
  • 不允许 null key/value:一上来就抛 NullPointerException,这点和 HashMap 不同

扩容过程如何做到读写不阻塞?

扩容不是“停服重建”,而是渐进式迁移:新旧两张表并存,用 sizeCtl 控制状态,每个线程只负责搬自己分到的一小段(stride 默认 16 个桶),老表仍可读写,新表逐步填充。

DeepAI
DeepAI

为天生具有创造力的人提供的AI工具

下载

性能影响:扩容期间 get 自动路由到新旧表,put 若命中已迁移的桶则直接写新表,否则先帮搬再写——所以并发越高,扩容越快,但单次 put 延迟可能略升。

  • 触发条件:addCount 检测到元素数超过 sizeCtl(≈ table.length × 0.75)
  • 初始扩容线程将 sizeCtl 设为负数标记(如 -2),后续线程通过 CAS 递增计数器加入协作
  • 每个线程处理一个区间:从高位开始逐段扫描,搬完一段就更新 transferIndex,避免重复
  • 搬完后,最后一个线程把 nextTable 赋给 table,并重置 sizeCtl 为新容量阈值

JDK 1.7 和 1.8 的并发模型差异在哪?

1.7 是“分段锁(Segment)”,1.8 是“桶级锁(synchronized on Node)+ CAS”,前者锁粒度固定(默认 16 段),后者动态适配实际冲突热点,更轻量、更灵活。

兼容性注意:1.7 的 concurrencyLevel 参数在 1.8 中仅保留用于向后兼容,实际不再划分 Segment,传参无效。

  • 1.7:每个 SegmentReentrantLock 子类,锁住整个段,最多支持 concurrencyLevel 个线程并发写
  • 1.8:彻底去掉 Segment,用 Node[] + volatile + CAS + synchronized 替代,锁只落在具体桶的头节点上
  • 1.8 新增红黑树支持:当链表长度 ≥ 8 且数组长度 ≥ 64,自动树化,查找从 O(n) 降到 O(log n)
  • 1.8 的 spread 方法对 hash 做二次扰动(高16位异或低16位),比 1.7 的两次哈希更简洁高效

真正难啃的是扩容协作逻辑和各种状态码(如 MOVEDTREEBINRESERVED)的边界判断——这些不是靠死记,而是在调试多线程压测时,盯着 sizeCtlnextTable 的变化才能真正吃透。

相关专题

更多
c语言中null和NULL的区别
c语言中null和NULL的区别

c语言中null和NULL的区别是:null是C语言中的一个宏定义,通常用来表示一个空指针,可以用于初始化指针变量,或者在条件语句中判断指针是否为空;NULL是C语言中的一个预定义常量,通常用来表示一个空值,用于表示一个空的指针、空的指针数组或者空的结构体指针。

231

2023.09.22

java中null的用法
java中null的用法

在Java中,null表示一个引用类型的变量不指向任何对象。可以将null赋值给任何引用类型的变量,包括类、接口、数组、字符串等。想了解更多null的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

435

2024.03.01

c++中volatile关键字的作用
c++中volatile关键字的作用

本专题整合了c++中volatile关键字的相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

67

2025.10.23

length函数用法
length函数用法

length函数用于返回指定字符串的字符数或字节数。可以用于计算字符串的长度,以便在查询和处理字符串数据时进行操作和判断。 需要注意的是length函数计算的是字符串的字符数,而不是字节数。对于多字节字符集,一个字符可能由多个字节组成。因此,length函数在计算字符串长度时会将多字节字符作为一个字符来计算。更多关于length函数的用法,大家可以阅读本专题下面的文章。

912

2023.09.19

线程和进程的区别
线程和进程的区别

线程和进程的区别:线程是进程的一部分,用于实现并发和并行操作,而线程共享进程的资源,通信更方便快捷,切换开销较小。本专题为大家提供线程和进程区别相关的各种文章、以及下载和课程。

476

2023.08.10

Python 多线程与异步编程实战
Python 多线程与异步编程实战

本专题系统讲解 Python 多线程与异步编程的核心概念与实战技巧,包括 threading 模块基础、线程同步机制、GIL 原理、asyncio 异步任务管理、协程与事件循环、任务调度与异常处理。通过实战示例,帮助学习者掌握 如何构建高性能、多任务并发的 Python 应用。

142

2025.12.24

java学习网站推荐汇总
java学习网站推荐汇总

本专题整合了java学习网站相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

3

2026.01.08

java学习网站汇总
java学习网站汇总

本专题整合了java学习网站相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

0

2026.01.08

正则表达式 删除
正则表达式 删除

本专题整合了正则表达式删除教程大全,阅读专题下面的文章了解更多详细教程。

11

2026.01.08

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
HTML5/CSS3/JavaScript/ES6入门课程
HTML5/CSS3/JavaScript/ES6入门课程

共102课时 | 6.6万人学习

前端基础到实战(HTML5+CSS3+ES6+NPM)
前端基础到实战(HTML5+CSS3+ES6+NPM)

共162课时 | 18.6万人学习

第二十二期_前端开发
第二十二期_前端开发

共119课时 | 12.2万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号