你了解ConcurrentHashMap嗎？ConcurrentHashMap九連問

作者：Seven 2025-06-03 01:45:00

當iterator被創建后集合再發生改變就不再是拋出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改變時new新的數據從而不影響原有的數據，iterator完成后再將頭指針替換為新的數據，這樣iterator線程可以使用原來老的數據，而寫線程也可以并發的完成改變。?

多線程環境下，使用Hashmap進行put操作會造成數據覆蓋，應該使用支持多線程的 ConcurrentHashMap。

HashMap為什么線程不安全

put的不安全

由于多線程對HashMap進行put操作，調用了HashMap的putVal()，具體原因：

假設兩個線程A、B都在進行put操作，并且hash函數計算出的插入下標是相同的；

當線程A執行完第六行由于時間片耗盡導致被掛起，而線程B得到時間片后在該下標處插入了元素，完成了正常的插入；

接著線程A獲得時間片，由于之前已經進行了hash碰撞的判斷，所有此時不會再進行判斷，而是直接進行插入；

最終就導致了線程B插入的數據被線程A覆蓋了，從而線程不安全。

代碼的第38行處有個++size，線程A、B，這兩個線程同時進行put操作時，假設當前HashMap的zise大小為10；
當線程A執行到第38行代碼時，從主內存中獲得size的值為10后準備進行+1操作，但是由于時間片耗盡只好讓出CPU；
接著線程B拿到CPU后從主內存中拿到size的值10進行+1操作，完成了put操作并將size=11寫回主內存；
接著線程A再次拿到CPU并繼續執行(此時size的值仍為10)，當執行完put操作后，還是將size=11寫回內存；
此時，線程A、B都執行了一次put操作，但是size的值只增加了1，所有說還是由于數據覆蓋又導致了線程不安全。

1 final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
2            boolean evict) {
3  Node <K, V> [] tab; Node <K, V> p; int n, i;
4 if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
5   n = (tab = resize()).length;
6 if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null) //
        tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
    else {
        Node < K, V > e;
        K k;
        if (p.hash == hash &&
            ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
            e = p;
        else if (p instanceof TreeNode)
            e = ((TreeNode <K, V> ) p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
        else {
            for (int binCount = 0;; ++binCount) {
                if ((e = p.next) == null) {
                    p.next = newNode(hash, key, value, null);
                    if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                        treeifyBin(tab, hash);
                    break;
                }
                if (e.hash == hash &&
                    ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                    break;
                p = e;
            }
        }
        if (e != null) { // existing mapping for key
            V oldValue = e.value;
            if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                e.value = value;
            afterNodeAccess(e);
            return oldValue;
        }
    }
    ++modCount;
    
38  if (++size > threshold)
        resize();
    afterNodeInsertion(evict);
    return null;
}

擴容不安全

Java7中頭插法擴容會導致死循環和數據丟失，Java8中將頭插法改為尾插法后死循環和數據丟失已經得到解決，但仍然有數據覆蓋的問題。

這是jdk7中存在的問題

void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
    int newCapacity = newTable.length;
    for (Entry <K, V> e: table) {
        while (null != e) {
            Entry <K, V> next = e.next;
            if (rehash) {
                e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
            }
            int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
            e.next = newTable[i];
            newTable[i] = e;
            e = next;
        }
    }
}

transfer過程如下：

對索引數組中的元素遍歷
對鏈表上的每一個節點遍歷：用 next 取得要轉移那個元素的下一個，將 e 轉移到新 Hash 表的頭部，使用頭插法插入節點。
循環2，直到鏈表節點全部轉移
循環1，直到所有索引數組全部轉移

注意 e.next = newTable[i] 和newTable[i] = e 這兩行代碼，就會導致鏈表的順序翻轉。

擴容操作就是新生成一個新的容量的數組，然后對原數組的所有鍵值對重新進行計算和寫入新的數組，之后指向新生成的數組。當多個線程同時檢測到總數量超過門限值的時候就會同時調用resize操作，各自生成新的數組并rehash后賦給該map底層的數組table，結果最終只有最后一個線程生成的新數組被賦給table變量，其他線程的均會丟失。而且當某些線程已經完成賦值而其他線程剛開始的時候，就會用已經被賦值的table作為原始數組，這樣也會有問題。

Map m = Collections.synchronizedMap(new LinkedHashMap(...));

ConcurrentHashMap原理？put執行流程？

回顧hashMap的put方法過程

計算出key的槽位
根據槽位類型進行操作(鏈表，紅黑樹)
根據槽位中成員數量進行數據轉換，擴容等操作

圖片

如何高效的執行并發操作：根據上面hashMap的數據結構可以直觀的看到，如果以整個容器為一個資源進行鎖定，那么就變為了串行操作。而根據hash表的特性，具有沖突的操作只會出現在同一槽位，而與其它槽位的操作互不影響。基于此種判斷，那么就可以將資源鎖粒度縮小到槽位上，這樣熱點一分散，沖突的概率就大大降低，并發性能就能得到很好的增強。

圖片

總體上來說，就是采用 Node + CAS + synchronized 來保證并發安全。數據結構跟 HashMap 1.8 的結構類似，數組+鏈表/紅黑二叉樹。Java 8 在鏈表長度超過一定閾值（8）時將鏈表（尋址時間復雜度為 O(N)）轉換為紅黑樹（尋址時間復雜度為 O(log(N))）。

Java 8 中，鎖粒度更細，synchronized 只鎖定當前鏈表或紅黑二叉樹的首節點，這樣只要 hash 不沖突，就不會產生并發，就不會影響其他 Node 的讀寫，效率大幅提升。

ConcurrentHashMap 的get 方法是否需要加鎖?

不需要加鎖。

通過 volatile 關鍵字，concurentHashmap能夠確保 get 方法的線程安全，即使在寫入發生時，讀取線程仍然能夠獲得最新的數據，不會引發并發問題

具體是通過 unsafe#getxxxvolatile 和用 volatile 來修飾節點的 val 和 next 指針來實現的。

ConcurrentHashMap 和 Hashtable 的區別？

相同點：ConcurrentHashMap 和 Hashtable 都是線程安全的，可以在多個線程同時訪問它們而不需要額外的同步措施。

不同點：

Hashtable通過使用synchronized修飾方法的方式來實現多線程同步，因此，Hashtable的同步會鎖住整個數組。在高并發的情況下，性能會非常差。ConcurrentHashMap采用了使用數組+鏈表+紅黑樹數據結構和CAS原子操作實現；synchronized鎖住桶，以及大量的CAS操作來保證線程安全。
Hashtable 讀寫操作都加鎖，ConcurrentHashMap的讀操作不加鎖，寫操作加鎖
Hashtable默認的大小為11，當達到閾值后，每次按照下面的公式對容量進行擴充：newCapacity = oldCapacity * 2 + 1。ConcurrentHashMap默認大小是16，擴容時容量擴大為原來的2倍。
Null 鍵和值： ConcurrentHashMap 不允許存儲 null 鍵或 null 值，如果嘗試存儲 null 鍵或值，會拋出 NullPointerException。 Hashtable 也不允許存儲 null 鍵和值。

為什么JDK8不用ReentrantLock而用synchronized

減少內存開銷：如果使用ReentrantLock則需要節點繼承AQS來獲得同步支持，增加內存開銷，而1.8中只有頭節點需要進行同步。
內部優化：synchronized則是JVM直接支持的，JVM能夠在運行時作出相應的優化措施：鎖粗化、鎖消除、鎖自旋等等。

為什么key 和 value 不允許為 null

HashMap中，null可以作為鍵或者值都可以。而在ConcurrentHashMap中，key和value都不允許為null。

ConcurrentHashMap的作者——Doug Lea的解釋如下：

圖片

主要意思就是說：

ConcurrentMap（如ConcurrentHashMap、ConcurrentSkipListMap）不允許使用null值的主要原因是，在非并發的Map中（如HashMap)，是可以容忍模糊性（二義性）的，而在并發Map中是無法容忍的。

假如說，所有的Map都支持null的話，那么map.get(key)就可以返回null，但是，這時候就會存在一個不確定性，當你拿到null的時候，你是不知道他是因為本來就存了一個null進去還是說就是因為沒找到而返回了null。

在HashMap中，因為它的設計就是給單線程用的，所以當我們map.get(key)返回null的時候，我們是可以通過map.contains(key)檢查來進行檢測的，如果它返回true，則認為是存了一個null，否則就是因為沒找到而返回了null。

但是，像ConcurrentHashMap，它是為并發而生的，它是要用在并發場景中的，當我們map.get(key)返回null的時候，是沒辦法通過map.contains(key)(ConcurrentHashMap有這個方法，但不可靠)檢查來準確的檢測，因為在檢測過程中可能會被其他線程鎖修改，而導致檢測結果并不可靠。

所以，為了讓ConcurrentHashMap的語義更加準確，不存在二義性的問題，他就不支持null。

使用了ConcurrentHashMap 就能保證業務的線程安全嗎？

需要知道的是，集合線程安全并不等于業務線程安全，并不是說使用了線程安全的集合如ConcurrentHashMap 就能保證業務的線程安全。這是因為，ConcurrentHashMap只能保證put時是安全的，但是在put操作前如果還有其他的操作，那業務并不一定是線程安全的。

例如存在復合操作，也就是存在多個基本操作(如put、get、remove、containsKey等)組成的操作，例如先判斷某個鍵是否存在containsKey(key)，然后根據結果進行插入或更新put(key, value)。這種操作在執行過程中可能會被其他線程打斷，導致結果不符合預期。

例如，有兩個線程 A 和 B 同時對 ConcurrentHashMap 進行復合操作，如下：

// 線程 A
if (!map.containsKey(key)) {
 map.put(key, value);
}
// 線程 B
if (!map.containsKey(key)) {
 map.put(key, anotherValue);
}

如果線程 A 和 B 的執行順序是這樣：

線程 A 判斷 map 中不存在 key
線程 B 判斷 map 中不存在 key
線程 B 將 (key, anotherValue) 插入 map
線程 A 將 (key, value) 插入 map

那么最終的結果是 (key, value)，而不是預期的 (key, anotherValue)。這就是復合操作的非原子性導致的問題。

那如何保證 ConcurrentHashMap 復合操作的原子性呢？

ConcurrentHashMap 提供了一些原子性的復合操作，如 putIfAbsent、compute、computeIfAbsent 、computeIfPresent、merge等。這些方法都可以接受一個函數作為參數，根據給定的 key 和 value 來計算一個新的 value，并且將其更新到 map 中。

上面的代碼可以改寫為：

// 線程 A
map.putIfAbsent(key, value);
// 線程 B
map.putIfAbsent(key, anotherValue);

或者：

// 線程 A
map.computeIfAbsent(key, k -> value);
// 線程 B
map.computeIfAbsent(key, k -> anotherValue);

很多同學可能會說了，這種情況也能加鎖同步呀！確實可以，但不建議使用加鎖的同步機制，違背了使用 ConcurrentHashMap 的初衷。在使用 ConcurrentHashMap 的時候，盡量使用這些原子性的復合操作方法來保證原子性。

SynchronizedMap和ConcurrentHashMap有什么區別？

SynchronizedMap一次鎖住整張表來保證線程安全，所以每次只能有一個線程來訪問map。

JDK1.8 ConcurrentHashMap采用CAS和synchronized來保證并發安全。數據結構采用數組+鏈表/紅黑二叉樹。synchronized只鎖定當前鏈表或紅黑二叉樹的首節點，支持并發訪問、修改。另外ConcurrentHashMap使用了一種不同的迭代方式。當iterator被創建后集合再發生改變就不再是拋出ConcurrentModificationException，取而代之的是在改變時new新的數據從而不影響原有的數據，iterator完成后再將頭指針替換為新的數據，這樣iterator線程可以使用原來老的數據，而寫線程也可以并發的完成改變。

責任編輯：武曉燕來源： SevenCoding