并发容器

David LiuFebruary 3, 2023About 5 min

并发容器

Vector, Stack, HashTable 都是全局锁，每个方法都在同一个锁上同步

ConcurrentHashMap : 线程安全的 HashMap，ConcurrentHashMap并不是将每个方法都在同一个锁上同步并使得每次只能有一个线程访问容器，而是使用一种粒度更细的加锁机制—分段锁来实现更大程度的共享。1.8以后是每个 Node 一把锁
ConcurrentSkipListMap : 跳表的实现。这是一个 Map，使用跳表的数据结构进行快速查找。
ConcurrentSkipListSet : 跳表的实现。这是一个 Set，使用跳表的数据结构进行快速查找。
ConcurrentLinkedQueue : 高效的并发队列，使用链表实现。可以看做一个线程安全的 LinkedList，这是一个非阻塞队列。
BlockingQueue : 这是一个接口，JDK 内部通过链表、数组等方式实现了这个接口。表示阻塞队列，非常适合用于作为数据共享的通道。
CopyOnWriteArrayList : 线程安全的 List，在读多写少的场合性能非常好，远远好于 Vector。
CopyOnWriteArraySet : 线程安全的 Set，在读多写少的场合性能非常好。

Map

ConcurrentHashMap

Java 8

对 Node 加锁

Java8 的 ConcurrentHashMap 相对于 Java7 来说变化较大，不再是之前的 Segment 数组 + HashEntry 数组 + 链表，而是 Node 数组 + 链表 / 红黑树。当冲突链表达到一定长度时，链表会转换成红黑树。

initTable

从源码中可以发现 ConcurrentHashMap 的初始化是通过自旋和 CAS 操作完成的。里面需要注意的是变量 sizeCtl ，它的值决定着当前的初始化状态。

-1 说明正在初始化
-N 说明有 N-1 个线程正在进行扩容
0 表示 table 初始化大小，如果 table 没有初始化
>0 表示 table 扩容的阈值，如果 table 已经初始化。

Java 7

对段加锁

Java7 中 ConcurrentHashMap 使用的分段锁，也就是每一个 Segment 上同时只有一个线程可以操作，每一个 Segment 都是一个类似 HashMap 数组的结构 hashEntry，它可以扩容，它的冲突会转化为链表。但是 Segment 的个数一但初始化就不能改变。

Segment 继承了 ReentrantLock，所以 Segment 是一种可重入锁，扮演锁的角色。HashEntry 用于存储键值对数据。

一个 ConcurrentHashMap 里包含一个 Segment 数组，Segment 的个数一旦初始化就不能改变。 Segment 数组的大小默认是 16，也就是说默认可以同时支持 16 个线程并发写。

Segment 的结构和 HashMap 类似，是一种数组和链表结构，一个 Segment 包含一个 HashEntry 数组，每个 HashEntry 是一个链表结构的元素，每个 Segment 守护着一个 HashEntry 数组里的元素，当对 HashEntry 数组的数据进行修改时，必须首先获得对应的 Segment 的锁。也就是说，对同一 Segment 的并发写入会被阻塞，不同 Segment 的写入是可以并发执行的。

HashTable vs ConcurrentHashMap

共同点：HashTable 与 ConcurrentHashMap 都是线程安全的 Map 集合

不同点：

HashTable 并发度低，整个 HashTable 对应一把锁，只能有一个线程操作它
1.8 之前 ConcurrentHashMap 使用了 Segment + 数组 + 链表，每个 Segment 对应一把锁，如果多个线程访问不同的 Segment，则不会冲突
1.8 开始 ConcurrentHashMap 将数组的每个头节点作为锁（这个时候结构也是数组加链表或红黑树），如果多个线程访问的头节点不同，则不会冲突。