8.ConcurrentHashMap学习笔记

ConcurrentHashMap出现背景：

       1.HashMap线程不安全

          在多线程的情况下，使用put操作会引起死循环。

       2.HashTable线程安全，但效率低下

          HashTable是利用synchronized来保证线程安全的，但是在线程竞争激烈的情况下效率非常低下，因为当一个线程访问HashTable的同步方法时，其它线程访问此方法时，可能会进入阻塞或轮询状态。如线程1使            用put进行添加元素，线程2不但不能使用put方法添加元素，并且也不能使用get方法来获取元素，所以竞争越激烈效率越低。对于HashTable而言，synchronized是针对整张Hash表的，即每次锁住整张表让线程独            占。

       3、ConcurrentHashMap的锁分段技术

         HashTable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因，是因为所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁。那假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里             不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率，这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术，首先将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程           占 用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问。  另外，ConcurrentHashMap可以做到读取数据不加锁，并且其内部的结构可以让其在进行写操作的时候能够将锁的粒度保持地尽量地小，           不用对整个ConcurrentHashMap加锁。

ConcurrentHashMap内部结构：

         ConcurrentHashMap为了提高本身的并发能力，在内部采用了一个叫做Segment的结构，一个Segment其实就是一个类HashTable的结构，Segment内部维护了一个链表数组，我们用下面这一幅图来看下                         ConcurrentHashMap的内部结构：     

      

     从上面的结构我们可以了解到，ConcurrentHashMap定位一个元素的过程需要进行两次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的链表的头部，因此，这一种结构的带来的副作用是Hash的过程要比普通的HashMap要长，但是带来的好处是写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，这样，在最理想的情况下，ConcurrentHashMap可以最高同时支持Segment数量大小的写操作（刚好这些写操作都非常平均地分布在所有的Segment上），所以，通过这一种结构，ConcurrentHashMap的并发能力可以大大的提高。

 

 

     出现的原因是因为我们起先使用的是HashMap和HashTable，但是随着并发量的增加，HashMap并没有使用同步，在多线程情况下使用HashMap的时候就会出现并发问题，而HashTable虽然是安全的，但是使用的是synchronized  锁整表操作，这样在性能上将会产生很大的影响。那么如何能设计出一款即安全，在效率上又高的集合呢，这样就有了ConcurrentHashMap的产生。

     ConcurrentHashMap采用的是锁分段技术，内部为Segment数组来进行细分，而每个Segment又通过HashEntry数组来进行组装，当进行写操作的时候，只需要对这个key对应的Segment进行加锁操作，加锁同时不会对其他的Segment造成影响。总的Map包含了16个Segment（默认数量），每个Segment内部包含16个HashEntry（默认数量），这样对于这个key所在的Segment加锁的同时，其他15个Segmeng还能正常使用，在性能上有了大大的提升。

　   同时ConcurrentHashMap只是针对put方法进行了加锁，而对于get方法并没有采用加锁的操作，因为具体的值，在Segment的HashEntry里面是volatile的，基于happens-before（先行发生）原则，对数据的写先行发生于对数据的读，所以再读取的时候获取到的必然是最新的结果。