【圖解】面試題：ConcurrentHashMap是如何保證執行緒安全的
注意：JDK1.7與JDK1.8中的ConcurrentHashMap主要延續HashMap的設計與思想，是在其基礎上進行的相應優化
1.JDK1.7中的底層實現原理
（1）JDK1.7ConcurrentHashMap的底層結構，延續HashMap的底層設計，採用數組+鏈表
（2）不同的是：ConcurrentHashMap中的數組被分為大數組和小數組，大數組是Segment，小數組是HashEntry
Segment本身是基於ReentrantLock可重入鎖來實現加鎖和釋放鎖，這樣就能保證多執行緒同時訪問ConcurrentHashMap的時候，同一時間只能有一個執行緒操作對應的節點，以此來保證執行緒安全
總結：這裡基於Segment加鎖和釋放鎖，因此稱之為分段鎖或分片鎖
2.JDK1.8中的底層實現原理
（1）JDK1.8的ConcurrentHashMap底層採用的是數組+鏈表+紅黑樹，這裡對JDK1.7進行了優化,在鏈表長度大於8並且數組長度大於64時鏈表就會轉化為紅黑樹
（2）JDK1.8中保留了Segment的定義，這僅僅是為了保證序列化時的兼容性，不再有任何結構上的用途
（3）JDK1.8中主要使用volatile+CAS或者是synchronized的方法來實現的，以此來保證執行緒安全
（i）源碼中，添加元素時，首先會判斷容器是否為空，為空，就會使用volatile加CAS來初始化
（ii）容器不為空，就會根據存儲的元素計算該位置是否為空，如果計算結果位置的結果為空，就會使用CAS來設計該節點，不為空，就會使用synchronized來加鎖實現，然後遍歷桶中的數據並且替換或者新增節點到桶中，最後判斷是否需要轉換紅黑樹
總結：JDK1.8中ConcurrentHashMap是通過對頭節點加鎖來保證執行緒安全，降低鎖粒度，發生hash衝突和加鎖的頻率也更低了
附上JDK1.8源碼
/**
* Maps the specified key to the specified value in this table.
* Neither the key nor the value can be null.
*
* <p>The value can be retrieved by calling the {@code get} method
* with a key that is equal to the original key.
*
* @param key key with which the specified value is to be associated
* @param value value to be associated with the specified key
* @return the previous value associated with {@code key}, or
* {@code null} if there was no mapping for {@code key}
* @throws NullPointerException if the specified key or value is null
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(key, value, false);
}
/** Implementation for put and putIfAbsent */
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
Node<K,V> f; int n, i, fh;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
tab = initTable();
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K,V>(hash, key, value, null)))
break; // no lock when adding to empty bin
}
else if ((fh = f.hash) == MOVED)
tab = helpTransfer(tab, f);
else {
V oldVal = null;
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
K ek;
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent)
e.val = value;
break;
}
Node<K,V> pred = e;
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K,V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K,V> p;
binCount = 2;
if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent)
p.val = value;
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD)
treeifyBin(tab, i);
if (oldVal != null)
return oldVal;
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
