ConcurrentHashMap线程安全机制解析
本篇文章向大家介绍《ConcurrentHashMap线程安全原理详解》,主要包括,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下。
ConcurrentHashMap通过分段锁(JDK1.7)或CAS+synchronized(JDK1.8)实现线程安全及高并发性能。1. JDK1.7使用Segment数组,每个Segment独立加锁,减少锁竞争;2. JDK1.8采用CAS操作和synchronized对Node级别加锁,提升并发效率并减少内存占用;3. 初始化容量应根据预估数据量计算,并确保为2的幂次方以优化扩容;4. get操作无需加锁,依赖volatile与CAS保障可见性与一致性;5. 扩容为渐进式迁移,多线程协作降低阻塞影响;6. 使用时应避免循环依赖、长时间持锁及采用超时机制防止死锁。
ConcurrentHashMap本质上是一个线程安全的HashMap,它通过精妙的设计在并发环境下实现了高效的读写操作。它不仅仅是简单地使用锁来保证线程安全,而是采用分段锁(在JDK 1.7及更早版本)或CAS+synchronized(在JDK 1.8及更高版本)等技术,极大地提高了并发性能。

ConcurrentHashMap的实现原理和使用场景

ConcurrentHashMap之所以能够在高并发场景下表现出色,核心在于其并发控制策略。

JDK 1.7:分段锁(Segment Locking)
在JDK 1.7中,ConcurrentHashMap内部维护了一个Segment数组。每个Segment相当于一个小的HashMap,拥有独立的锁。当多个线程访问不同的Segment时,它们之间不会产生锁竞争,从而实现并发访问。
- 优点: 细粒度的锁控制,并发性能高。
- 缺点: 实现复杂,占用内存较多,锁的粒度仍然是Segment级别,在高并发下仍可能存在锁竞争。
JDK 1.8:CAS + synchronized
JDK 1.8对ConcurrentHashMap进行了重大改进,放弃了分段锁,采用了CAS(Compare and Swap)+ synchronized的方式来实现线程安全。
- CAS: 用于对Node数组中的单个节点进行原子操作,例如插入新的键值对。
- synchronized: 用于在发生哈希冲突时,对链表或红黑树进行加锁,保证数据的一致性。
这种方式的优点是:
- 实现简单: 代码结构更加清晰。
- 内存占用少: 减少了Segment数组的开销。
- 锁粒度更细: 锁的粒度降低到Node级别,并发性能更高。
举个例子,假设多个线程同时向ConcurrentHashMap中插入数据,如果它们插入的key的哈希值不同,那么它们可以并发地插入到不同的Node中,而不需要加锁。只有当多个线程插入的key的哈希值相同时,才会发生哈希冲突,此时需要对链表或红黑树进行加锁。
使用场景:
ConcurrentHashMap适用于高并发的读写场景,例如缓存、会话管理等。在这些场景下,多个线程需要同时访问和修改共享的数据,使用ConcurrentHashMap可以保证数据的一致性,同时提高并发性能。
ConcurrentHashMap的容量初始化应该如何设置?
容量初始化是一个需要仔细考虑的问题,它直接影响ConcurrentHashMap的性能。如果初始容量设置过小,会导致频繁的扩容,而扩容是一个比较耗时的操作。如果初始容量设置过大,会浪费内存空间。
以下是一些建议:
- 预估数据量: 在创建ConcurrentHashMap时,尽量预估需要存储的数据量。
- 负载因子: ConcurrentHashMap的默认负载因子是0.75。这意味着当ConcurrentHashMap中的元素数量达到容量的0.75倍时,就会进行扩容。
- 计算初始容量: 可以使用以下公式计算初始容量:
initialCapacity = (int) (expectedSize / 0.75 + 1.0F)
,其中expectedSize
是预估的数据量。
例如,如果预计需要存储1000个元素,那么初始容量可以设置为(int) (1000 / 0.75 + 1.0F) = 1334
。
另外,需要注意的是,ConcurrentHashMap的容量必须是2的幂次方。如果设置的初始容量不是2的幂次方,ConcurrentHashMap会自动调整为大于该值的最小的2的幂次方。
ConcurrentHashMap的get操作是否需要加锁?
在JDK 1.8中,ConcurrentHashMap的get操作是不需要加锁的。这是因为ConcurrentHashMap使用了volatile关键字来保证Node数组的可见性,以及CAS操作来保证Node的原子性。
当一个线程修改了Node数组中的某个Node时,volatile关键字会强制将该Node的值刷新到主内存中,从而保证其他线程可以立即看到最新的值。同时,CAS操作可以保证在多线程并发修改同一个Node时,只有一个线程能够成功修改,其他线程会重试。
因此,get操作可以安全地读取Node数组中的值,而不需要加锁。这极大地提高了get操作的性能。
但是,需要注意的是,如果get操作需要读取多个Node的值,例如在遍历ConcurrentHashMap时,仍然需要加锁,以保证数据的一致性。
ConcurrentHashMap的扩容机制是怎样的?
ConcurrentHashMap的扩容机制是渐进式的,也就是说,扩容操作不是一次性完成的,而是分多次进行的。
当ConcurrentHashMap中的元素数量达到容量的0.75倍时,就会触发扩容操作。扩容操作会将ConcurrentHashMap的容量扩大为原来的两倍。
在扩容过程中,ConcurrentHashMap会将原来的Node数组中的元素迁移到新的Node数组中。为了避免在扩容过程中阻塞其他线程的读写操作,ConcurrentHashMap会将Node数组分成多个部分,每个部分由一个线程负责迁移。
当一个线程负责迁移某个部分时,它会首先对该部分进行加锁,然后将该部分中的所有Node迁移到新的Node数组中。迁移完成后,该线程会释放锁,允许其他线程访问该部分。
通过这种渐进式的扩容机制,ConcurrentHashMap可以在扩容过程中尽量减少对其他线程的影响,从而保证并发性能。
ConcurrentHashMap在实际应用中如何避免死锁?
ConcurrentHashMap本身的设计已经考虑了死锁问题,并且采取了一些措施来避免死锁。例如,它使用了细粒度的锁控制,避免了长时间的锁竞争。同时,它使用了CAS操作来保证Node的原子性,避免了ABA问题。
但是,在实际应用中,仍然需要注意以下几点,以避免死锁:
- 避免循环依赖: 在使用ConcurrentHashMap时,尽量避免出现循环依赖的情况。例如,线程A需要访问ConcurrentHashMap中的Node A,而Node A又需要访问ConcurrentHashMap中的Node B,而Node B又需要访问Node A。这种情况很容易导致死锁。
- 避免长时间持有锁: 在使用synchronized关键字时,尽量避免长时间持有锁。如果一个线程长时间持有锁,会导致其他线程无法访问共享资源,从而导致死锁。
- 使用超时机制: 在获取锁时,可以使用超时机制。如果一个线程在指定的时间内无法获取到锁,那么它会放弃获取锁,从而避免死锁。
总的来说,ConcurrentHashMap是一个非常优秀的并发容器,它通过精妙的设计在并发环境下实现了高效的读写操作。但是,在使用ConcurrentHashMap时,仍然需要注意一些细节,以避免出现死锁等问题。
以上就是《ConcurrentHashMap线程安全机制解析》的详细内容,更多关于线程安全的资料请关注golang学习网公众号!

- 上一篇
- Win10重置卡住怎么办?应急处理方法分享

- 下一篇
- DebianMySQL集群搭建步骤详解
-
- 文章 · java教程 | 8分钟前 | java xml
- DTD与XSD区别详解:XML模式对比指南
- 410浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 54分钟前 | 快速排序 分治思想
- 快速排序原理图解与实现步骤
- 394浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 1小时前 |
- Java类定义方法及语法详解
- 331浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 2小时前 |
- Java字符串常量池详解与JVM优化技巧
- 125浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 3小时前 |
- 中文姓名排序技巧与方法解析
- 474浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 3小时前 | 泛型类型擦除
- 泛型擦除引发TypeNotPresentException解析
- 354浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 4小时前 |
- Java实现AWSLambda:Serverless实战教程
- 325浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 5小时前 |
- Java中main方法为何是void类型
- 315浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 7小时前 | ClassNotFoundException JPMS 模块路径 模块依赖 模块导出
- JPMS解决ClassNotFoundException新方案
- 500浏览 收藏
-
- 文章 · java教程 | 7小时前 | maven gradle JAR文件 MANIFEST.MF Java打包
- Java打包应用方法,JAR文件创建步骤详解
- 146浏览 收藏
-
- 前端进阶之JavaScript设计模式
- 设计模式是开发人员在软件开发过程中面临一般问题时的解决方案,代表了最佳的实践。本课程的主打内容包括JS常见设计模式以及具体应用场景,打造一站式知识长龙服务,适合有JS基础的同学学习。
- 542次学习
-
- GO语言核心编程课程
- 本课程采用真实案例,全面具体可落地,从理论到实践,一步一步将GO核心编程技术、编程思想、底层实现融会贯通,使学习者贴近时代脉搏,做IT互联网时代的弄潮儿。
- 508次学习
-
- 简单聊聊mysql8与网络通信
- 如有问题加微信:Le-studyg;在课程中,我们将首先介绍MySQL8的新特性,包括性能优化、安全增强、新数据类型等,帮助学生快速熟悉MySQL8的最新功能。接着,我们将深入解析MySQL的网络通信机制,包括协议、连接管理、数据传输等,让
- 497次学习
-
- JavaScript正则表达式基础与实战
- 在任何一门编程语言中,正则表达式,都是一项重要的知识,它提供了高效的字符串匹配与捕获机制,可以极大的简化程序设计。
- 487次学习
-
- 从零制作响应式网站—Grid布局
- 本系列教程将展示从零制作一个假想的网络科技公司官网,分为导航,轮播,关于我们,成功案例,服务流程,团队介绍,数据部分,公司动态,底部信息等内容区块。网站整体采用CSSGrid布局,支持响应式,有流畅过渡和展现动画。
- 484次学习
-
- 茅茅虫AIGC检测
- 茅茅虫AIGC检测,湖南茅茅虫科技有限公司倾力打造,运用NLP技术精准识别AI生成文本,提供论文、专著等学术文本的AIGC检测服务。支持多种格式,生成可视化报告,保障您的学术诚信和内容质量。
- 115次使用
-
- 赛林匹克平台(Challympics)
- 探索赛林匹克平台Challympics,一个聚焦人工智能、算力算法、量子计算等前沿技术的赛事聚合平台。连接产学研用,助力科技创新与产业升级。
- 131次使用
-
- 笔格AIPPT
- SEO 笔格AIPPT是135编辑器推出的AI智能PPT制作平台,依托DeepSeek大模型,实现智能大纲生成、一键PPT生成、AI文字优化、图像生成等功能。免费试用,提升PPT制作效率,适用于商务演示、教育培训等多种场景。
- 133次使用
-
- 稿定PPT
- 告别PPT制作难题!稿定PPT提供海量模板、AI智能生成、在线协作,助您轻松制作专业演示文稿。职场办公、教育学习、企业服务全覆盖,降本增效,释放创意!
- 122次使用
-
- Suno苏诺中文版
- 探索Suno苏诺中文版,一款颠覆传统音乐创作的AI平台。无需专业技能,轻松创作个性化音乐。智能词曲生成、风格迁移、海量音效,释放您的音乐灵感!
- 131次使用
-
- 提升Java功能开发效率的有力工具:微服务架构
- 2023-10-06 501浏览
-
- 掌握Java海康SDK二次开发的必备技巧
- 2023-10-01 501浏览
-
- 如何使用java实现桶排序算法
- 2023-10-03 501浏览
-
- Java开发实战经验:如何优化开发逻辑
- 2023-10-31 501浏览
-
- 如何使用Java中的Math.max()方法比较两个数的大小?
- 2023-11-18 501浏览