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2024年3月6日发(作者：sedate)
concurrenthashmap1.8原理
ConcurrentHashMap是JDK 1.5中引入的一个线程安全的哈希表，它允许多个线程同时访问表，保证了线程安全性和高效性。在1.8版本中，ConcurrentHashMap经过了大幅度的改进，进一步提升了其性能和可扩展性。
本文将介绍ConcurrentHashMap 1.8的核心原理，主要包括：
1. ConcurrentHashMap的数据结构
2. ConcurrentHashMap的修改操作
3. ConcurrentHashMap的查找操作
4. ConcurrentHashMap的扩容操作
5. ConcurrentHashMap的性能
1. ConcurrentHashMap的数据结构
ConcurrentHashMap的基本数据结构是哈希表，每个表项包含键值对、哈希值和指向下一个表项的指针。在1.8版本中，ConcurrentHashMap使用了与HashMap不同的数据结构，并采用了一系列优化措施，以提高并发性和减少锁冲突。
ConcurrentHashMap的数据结构主要由两个部分组成：Segment与HashEntry。
1. Segment
Segment是ConcurrentHashMap中的重要概念，用于将整个哈希表分成若干片段，每个片段都可独立加锁。Segment是一种可重入锁，不同于Hashtable的全局锁，通过分区来减少并发访问的冲突。
Segment继承了ReentrantLock，使得每个Segment只能被一个线程操作，这样就避免了线程竞争的情况出现。每个Segment本质上就是一个小的HashMap，这样比整个ConcurrentHashMap加锁的方式更加高效。
对于1.8版本之前的ConcurrentHashMap，Segment是通过数量来控制的。每个Segment中存储的键值对数量固定，超出数量限制的键值对会被拆分到其他Segment中。在扩容过程中也会尽可能地将不同Segment中的键值对分配到不同的Segment中，从而减小锁粒度。
但是，在1.8版本中，ConcurrentHashMap已经将Segment取消了，而是使用Node数组直接构建数据结构。
2. HashEntry
HashEntry是存储在哈希表中的实例，它包含了键、值、哈希值和指向下一个链表节点的指针。如果哈希表中出现了哈希冲突，那么就会将这些节点挂在同一个桶中，形成链表。链表的头节点就是桶的索引值。
ConcurrentHashMap对于HashEntry也做了改进，1.8版本中使用了一种称为CAS（Compare and Swap）的机制，
在更新时进行自旋操作，避免了对整个表进行加锁操作。这样可以提高修改操作的速度和并发性。
除此之外，1.8版本中的ConcurrentHashMap还包含了许多其他优化措施，如缩小了桶的总数量，先进行非阻塞的更新来减少竞争等等。
2. ConcurrentHashMap的修改操作
ConcurrentHashMap的修改操作包括添加、更新和删除，这些操作都是通过put、putIfAbsent、remove和replace等方法实现的，这些方法的实现是线程安全的。
在1.8版本中，ConcurrentHashMap通过CAS机制来实现无锁化的更新操作。当线程尝试修改节点时，首先需要获取当前桶中节点的头节点，然后将新节点插入到头节点后面。
对于插入操作，如果插入时发现桶中已经存在相同的键值对，则需要更新链表节点的值。这种情况下，ConcurrentHashMap使用了一种新的插入模式，即插入新节点时不删除旧节点，而是将旧节点与新节点合并，从而减少并发冲突，提高并发能力。
需要注意的是，尽管ConcurrentHashMap支持并发更新操作，但是它并不保证一定能够保证写入操作的顺序。因此，在实现中，需要注意可能存在相同的键值对被多个线程同时写入的情况。
3. ConcurrentHashMap的查找操作
ConcurrentHashMap的查找操作包括get和contains等方法，这些方法都是线程安全的。在1.8版本中，查找操作也进行了优化。
对于查找操作，ConcurrentHashMap使用了分段锁机制，即将整个Map分成多个段，每个段都可以被独立的加锁和解锁，从而减少了锁的竞争。
具体实现是通过检索目标节点所在的Segment，并调用Segment内的getNode方法来进行查找。此方法中使用了volatile修饰的next字段来保证数据的在多线程下的一致性，这样查找操作就不会造成数据不一致的问题。
4. ConcurrentHashMap的扩容操作
ConcurrentHashMap的扩容操作也是非常重要的，它决定了ConcurrentHashMap的性能和可扩展性。扩容操作分为两种，一种是旧版本的rehash扩容方式，一种是1.8版本新增的resize方式。
具体来说，旧版扩容方式需要先将ConcurrentHashMap中的所有节点都遍历一遍，将其从旧桶中取出，然后重新计算哈希值并放入新的桶中。这种方式会阻塞所有操作，因为整张表都需要进行加锁。
但是，在1.8版本中，ConcurrentHashMap采用了新的resize方式，即只更新旧桶中所有节点的next指针，
将其重定向到新桶中。这种方式不需要将所有的节点遍历一遍，减少了对整张表的加锁操作，从而提高了性能和可扩展性。
同时在resize中，ConcurrentHashMap会将正在被遍历的桶标记为fater，这样其它线程访问时不会被resize影响。ConcurrentHashMap为了避免缩容而带来的性能问题，提供了一个参数控制缩容操作是否执行。
5. ConcurrentHashMap的性能
ConcurrentHashMap是JDK中并发最好的Map实现之一，具备高并发性、线程安全、效率高等特点。在1.8版本中，ConcurrentHashMap的性能有了极大提升，许多锁机制被优化、替代，实现了更加精细的锁控制，从而减少了竞争。
目前很多高性能的框架中都大量使用了ConcurrentHashMap来实现高并发操作。总的来说，ConcurrentHashMap 1.8 的性能已经非常不错，大大优化了在高并发下的表现，也提高了应用程序的性能和可扩展性。
ConcurrentHashMap1.8的实现原理是底层数据结构，锁机制、并发性保证、性能优化和扩容机制的一种复杂的整体实现，详细了解了ConcurrentHashMap1.8的实现，可
以有效提高Java并发编程能力并帮助程序员编写出更为优秀的多线程应用程序。
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