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Java里ConcurrentHashMap如何进行分段并发控制_Java并发Map结构解析

P粉602998670

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发布时间:2025-12-16 11:35:04

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来源于php中文网

原创

ConcurrentHashMap在JDK 7中采用Segment分段锁,JDK 8+改用CAS+synchronized单桶锁;前者默认16段,后者锁粒度更细、支持协助扩容,且size()均为近似值。

java里concurrenthashmap如何进行分段并发控制_java并发map结构解析

ConcurrentHashMap 在 Java 中实现分段并发控制的方式,取决于你使用的 JDK 版本:JDK 7 用的是“分段锁(Segment)”,而 JDK 8 及以后彻底改用“CAS + synchronized + 链表/红黑树”方案,不再有传统意义上的“分段”。

JDK 7:基于 Segment 的分段锁机制

在 JDK 7 中,ConcurrentHashMap 内部维护一个 Segment 数组,每个 Segment 本质是一个加了锁的 HashEntry 数组,相当于一个小型的 Hashtable。

  • 默认有 16 个 Segment,即最多支持 16 个线程并发写入不同段,互不阻塞
  • put 操作时,先根据 key 的 hash 值定位到具体 Segment,再对该 Segment 加锁(可重入锁),其他 Segment 仍可被其他线程操作
  • get 不加锁,通过 volatile 修饰的 value 和引用保证可见性
  • 扩容是单个 Segment 自行扩容,不影响其他段

JDK 8+:放弃 Segment,转向细粒度锁优化

JDK 8 彻底移除了 Segment,改用更轻量、更灵活的并发策略:

  • 底层仍是数组 + 链表/红黑树结构,但锁粒度降到“单个桶(bin)”级别
  • put 操作先无锁尝试 CAS 插入;失败后,若该桶头节点已存在,则对头节点 synchronized 加锁(锁对象是链表头或红黑树根)
  • 多个线程往不同桶写入完全不冲突;即使哈希冲突,也只锁冲突链/树的头节点,不影响其他桶
  • 扩容采用“多线程协助扩容”机制:首次触发扩容的线程初始化新数组,后续 put 发现正在扩容,会主动帮助迁移部分旧桶数据

为什么 JDK 8 要去掉 Segment?

Segment 虽然比 Hashtable 更高效,但仍存在一些局限:

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  • Segment 是可重入锁,本身有较大内存和调度开销
  • 固定段数(默认 16)无法动态适配 CPU 核心数或实际并发压力
  • 跨段操作(如 size()、containsValue())需遍历所有 Segment 并加锁,性能差且结果可能不精确
  • CAS 和 synchronized 在现代 JVM 中优化得更好,单桶锁的实际竞争概率更低

使用建议与注意事项

无论哪个版本,ConcurrentHashMap 都不是“绝对线程安全”的万能替代品:

  • 复合操作(如“检查再插入”)仍需手动同步,推荐用 computeIfAbsent / merge 等原子方法
  • 迭代器弱一致性:遍历时允许其他线程修改,不会抛 ConcurrentModificationException,但可能看不到最新更新
  • size() 返回的是近似值(JDK 8 中通过 baseCount + CounterCell 数组估算),如需精确计数,应考虑 LongAdder 或额外同步
  • 不要把它当“线程安全的 HashMap”盲目替换 —— 如果场景是读多写少且无强一致性要求,它很合适;但涉及复杂逻辑时,仍要审视是否真需要它的并发能力

基本上就这些。理解它“怎么锁”比死记 API 更重要 —— 锁在哪、锁多久、谁在等,直接决定你的并发性能和正确性。

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