从HashMap到ConcurrentHashMap源码详解

在Java集合框架中，HashMap与ConcurrentHashMap是两种最常用的哈希表实现，它们在性能和并发级别上有着显著的区别。本文将对这两个类的源码进行详解，深入分析其关键属性、方法实现、扩容机制以及并发实现等核心知识点。 我们来回顾一下HashMap。HashMap是基于哈希表的Map接口的实现，其关键属性包括： - `threshold`：扩容的阈值，表示哈希表的大小超过该值时进行扩容。 - `loadFactor`：负载因子，默认为0.75，用于计算阈值，即`threshold = capacity * loadFactor`。 在HashMap的`put`方法实现中，涉及到初始化或扩容检查、计算桶位置并插入新节点、处理哈希冲突、树化条件和更新已存在的键值对等步骤。当链表长度达到一定的阈值时，链表会转换为红黑树以优化性能，这个阈值默认为8。当HashMap的节点总数超过阈值时，会触发扩容操作。扩容会创建一个新的数组，并将旧数组中的元素重新分配到新数组中。 ConcurrentHashMap是支持高并发的哈希表实现，其设计目标是提供一个线程安全的HashMap。ConcurrentHashMap的关键属性包括： - 分段锁：ConcurrentHashMap通过将数据分段（默认16个段）并使用段锁来减少锁的竞争，提高并发性能。 - `TreeNode`：用于支持红黑树。 - `sizeCtl`：控制变量，用于控制表的初始化和扩容操作。 ConcurrentHashMap的`put`方法实现与HashMap不同，它使用了无锁的CAS操作来保证数据的一致性，并且不允许null键值，因为在多线程环境下，null值会造成线程安全问题。其扩容机制是通过`transfer`方法实现的，该方法会创建一个新的数组，并将旧数组中的元素复制到新数组中。 与Java 7的ConcurrentHashMap相比，Java 8的实现有明显差异，主要体现在引入了红黑树和扩容机制的改变。Java 8版本的ConcurrentHashMap在性能上有所提升，特别是在高并发的场景下。 ConcurrentHashMap的关键设计思想是分段锁技术，以及在某些情况下使用无锁的CAS操作，这使得ConcurrentHashMap在多线程环境下具有良好的性能表现。 文章还涉及了一些典型问题示例，这些问题涉及HashMap和ConcurrentHashMap的使用场景、性能考量和潜在的线程安全问题等。通过这些问题，读者可以更加深入地理解这两个类的使用和原理。