如何进行ConcurrentHashMap集合源码解析

# 如何进行ConcurrentHashMap集合源码解析

## 一、引言
`ConcurrentHashMap`是Java并发包中线程安全的哈希表实现，相比`Hashtable`和`Collections.synchronizedMap`，它通过分段锁（JDK7）和CAS+synchronized（JDK8）实现了更高的并发性能。本文将从**数据结构**、**核心方法**和**并发控制**三个维度解析其源码实现。

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## 二、数据结构演进

### 1. JDK7实现：分段锁机制
```java
// Segment继承ReentrantLock
static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock {
    transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
}

• 将整个哈希表分为多个Segment（默认16个）
• 每个Segment独立加锁，不同Segment可并发操作

2. JDK8优化：CAS+synchronized

transient volatile Node<K,V>[] table;

• 废弃分段锁，改用Node数组+链表/红黑树
• 锁粒度细化到单个数组元素（头节点）
• 使用CAS实现无锁化初始化/扩容

三、核心方法解析

1. putVal()方法流程

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    // 1. 计算key的hash值
    int hash = spread(key.hashCode());
    // 2. CAS循环插入节点
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        // 3. 处理数组未初始化/扩容等情况
        // 4. 通过synchronized锁定头节点
        synchronized (f) {
            // 5. 链表/红黑树插入逻辑
        }
    }
}

2. 扩容机制（transfer()）

• 多线程协同扩容：每个线程处理固定步长的桶
• 扩容期间保持读写访问（ForwardingNode机制）
• 通过sizeCtl变量控制扩容状态

四、并发控制关键技术

1. 内存可见性保障

// 使用volatile修饰关键变量
transient volatile Node<K,V>[] table;
private transient volatile int sizeCtl;

2. CAS原子操作

// 以数组初始化为例
U.compareAndSwapInt(this, SIZECTL, sc, -1)

3. 锁优化策略

• 链表头节点：synchronized
• 计数统计：LongAdder思想（baseCount+CounterCell[]）

五、调试与验证技巧

1. 关键断点设置

• ConcurrentHashMap#putVal
• TreeBin#lockRoot（红黑树平衡操作）

2. 并发场景模拟

// 使用CountDownLatch制造并发
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(10);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    new Thread(() -> {
        map.put(Thread.currentThread().getName(), "");
        latch.countDown();
    }).start();
}
latch.await();

六、性能对比分析

七、总结

1. JDK8的ConcurrentHashMap通过CAS+synchronized实现了更细粒度的锁控制
2. 扩容机制设计体现了”无阻塞并发”的思想
3. 源码中大量使用位运算优化性能（如resizeStamp）
4. 建议结合JMM内存模型理解其线程安全设计

最佳实践：在Java8+环境下，优先使用new ConcurrentHashMap<>(initialCapacity, loadFactor, concurrencyLevel)指定初始参数避免频繁扩容。 “`

注：本文以JDK11源码为基准分析，关键代码已做简化处理。实际源码解析建议配合IDE调试工具逐步跟踪执行流程。