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ConcurrentHashMap和锁

news 来源：原创 2025/8/3 11:27:59

文章目录

- - - JDK1.7的分段锁
    - JDK1.8的volatile+CAS + synchronized
    - 可重入锁
    - 公平锁和非公平锁
    - 悲观锁和乐观锁

JDK1.7的分段锁

数据结构：数组（大数组 Segment 和小数组 HashEntry）+链表

将整个哈希表划分为多个 Segment（段），每个 Segment 是一个独立的哈希表（类似 HashTable),默认16个Segment。

访问某个键值对时，先根据哈希值高位确定对应的 Segment，再对该 Segment 加锁。其他 Segment 不受影响，允许并发操作。

JDK1.8的volatile+CAS + synchronized

数据结构：数组+链表+红黑数

与 HashMap 类似，链表长度超过阈值（默认 8）转红黑树，低于阈值（默认 6）转回链表

添加元素putVal时，判断容器是否为空

1.空：数组尚未初始化，用volatile 修饰的sizeCtl变量作为初始化状态标志，通过加 CAS 操作修改sizeCtl的值，只有第一个将sizeCtl从0改为-1的线程能执行初始化，其他线程让出CPU。

if (tab == null || (n = tab.length) == 0)tab = initTable(); // 初始化数组U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)

2.不为空：则根据存储的元素计算目标桶是否为空。

2.1桶为空：则利用 CAS 设置该节点,tabAt()保证读取最新值，casTabAt()原子性插入新节点。

if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))break;
}

2.2不为空：已有链表或红黑树，则使用 synchronized对桶头节点加锁，然后，遍历桶中的数据，插入新节点或更新现有节点，最后判断是否需要转为红黑树。

volatile:

保证了变量的可见性，即一个线程修改了volatile变量，其他线程能立即看到变化

CAS:

无锁算法，当初始化或者插入节点时，通过CAS来确保只有一个线程能成功修改状态，比如初始化数组或者在某个桶中插入第一个节点。如果多个线程同时尝试，CAS会保证只有一个成功，其他线程则重试或采取其他策略。

synchronized：

用于同步代码块，确保同一时间只有一个线程执行该代码块。当桶中已经有节点时，ConcurrentHashMap会使用synchronized锁定该桶的头节点，然后进行链表或红黑树的插入操作。这样可以避免多个线程同时修改同一个桶，保证数据一致性。

请添加图片描述

可重入锁

同一个线程可以多次获取同一把锁，而不会导致死锁。即同一个线程可以重复进入被自己持有的锁保护的代码区域。

想象一个场景：

你有一个保险箱（共享资源），你（线程）用钥匙（锁）打开了它（获取锁）。
在保险箱里，你发现一张纸条写着：“打开第二个抽屉需要同一把钥匙”。
可重入锁：你直接用已有的钥匙打开第二个抽屉（无需重新申请钥匙）。
不可重入锁：你被要求归还钥匙后才能再次申请，但钥匙在你手里，导致死锁（自己卡住自己）。

可重入锁解决了 “线程因重复获取自己已持有的锁而阻塞自己” 的问题。

ReentrantLock和synchronized都是可重入的。

ReentrantLock：

显示可重入互斥锁，可中断锁获取、公平锁策略、条件变量（Condition）等

特性说明
可重入性 同一线程可重复获取锁（通过计数器实现，避免自死锁）
公平性可选 支持公平锁（先申请先获取）和非公平锁（允许插队，默认策略）
可中断锁获取 线程在等待锁时可响应中断（lockInterruptibly()）
超时尝试获取锁 支持设定超时时间尝试获取锁（tryLock(long timeout, TimeUnit unit)）
条件变量 通过 newCondition() 创建多个等待队列，实现精细的线程唤醒控制

特性	说明
可重入性	同一线程可重复获取锁（通过计数器实现，避免自死锁）
公平性可选	支持公平锁（先申请先获取）和非公平锁（允许插队，默认策略）
可中断锁获取	线程在等待锁时可响应中断（`lockInterruptibly()`）
超时尝试获取锁	支持设定超时时间尝试获取锁（`tryLock(long timeout, TimeUnit unit)`）
条件变量	通过 `newCondition()` 创建多个等待队列，实现精细的线程唤醒控制

公平锁和非公平锁

公平锁：

按照线程请求锁的顺序来分配锁，也就是先到先得

非公平锁：

允许插队，后来的线程有可能先获取到锁

对比维度	公平锁	非公平锁
公平性	严格按请求顺序分配锁	允许插队，新线程可能优先获得锁
吞吐量	较低（维护队列需要额外开销）	较高（减少线程切换，允许插队）
饥饿问题	不会发生线程饥饿	可能发生线程饥饿（某些线程长期得不到锁）
适用场景	需要严格顺序的场景（如支付系统、票务系统）	大多数高并发场景（如缓存访问、计数器）
实现复杂度	高（需维护队列）	低（直接竞争）

在业务允许的情况下，优先使用非公平锁以提升系统吞吐量。

悲观锁和乐观锁

悲观锁：先加锁，再操作

认为并发操作一定会发生冲突，因此每次访问数据时都会加锁，比如synchronized和ReentrantLock。

举个例子：出门时锁门（默认有小偷）

乐观锁：先操作，提交时再检查冲突

认为并发操作很少发生冲突，只在提交操作时检查是否冲突，比如CAS操作，数据库的乐观锁和Java中的Atomic类。

举个例子：

1.购物车结算时才检查库存（默认没人抢购）

2.或者在网上订票，系统显示还有1个座位，你点击预订，系统会先让你填写信息，然后提交的时候检查是否还有座位。如果有，预订成功；如果没有，提示你重新选择

在这里插入图片描述
正在学习中，如有错误，大家一定要指出来！！！

ConcurrentHashMap和锁

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