深入理解-ConcurrentHashMap：JDK-1-7-与-1-8-的演进与实现原理
深入理解 ConcurrentHashMap：JDK 1.7 与 1.8 的演进与实现原理
在高并发场景中，ConcurrentHashMap 作为 Java 提供的线程安全的哈希表实现，被广泛应用于缓存、连接池、线程计数等业务中。它的高性能来源于底层的数据结构与锁机制的优化。本文将带你一步步深入了解 JDK 1.7 和 1.8 中 ConcurrentHashMap 的实现原理、区别以及背后的技术设计。
一、JDK 1.7：分段锁机制（Segment Lock）
在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap 的核心设计理念是分段锁机制（Segment Locking）。其结构如下：
✳️ 数据结构解析：
- 整体结构：由一个数组
Segment[]组成，每个 Segment 是一个哈希表HashEntry[]。 - 锁粒度：每个 Segment 内部使用
ReentrantLock锁，意味着多个线程只要访问的是不同 Segment，可以并行执行。 - 默认分段数：16（可配置），最多支持 16 个线程同时写操作。
✅ 优点：
- 通过锁分段降低锁竞争，提升并发性能；
- 避免了全表加锁的问题。
❗️缺点：
- Segment 数量固定，粒度控制有限；
- Segment 本质上仍是哈希表，链表冲突仍可能造成性能下降；
- 相较于 JDK 1.8，代码结构复杂。
二、JDK 1.8：Synchronized → CAS + Synchronized + 分段链表
JDK 1.8 对 ConcurrentHashMap 的架构进行了彻底重构，采用了一种更细粒度、更现代的设计方式：
✳️ 新的数据结构：
- 核心结构是一个
Node[]数组，原本的Segment[]被彻底移除； - 链表或红黑树：每个数组元素是一个链表（低冲突）或红黑树（高冲突时自动转换）；
- 每个链表或树节点之间通过
next连接； - 支持动态扩容。
🔐 锁机制变化：
- 使用 CAS（Compare-And-Swap） 来进行无锁更新；
- 对于链表或树的写操作，采用
synchronized锁控制（加在首节点）； - 高并发下，锁粒度进一步缩小至单个 bin（桶）；
✅ 优点：
- 更高并发性能；
- 精细化锁控制，避免了 Segment 带来的扩展限制；
- 使用
CAS + synchronized实现读写分离，提升线程安全性。
三、源码解析：put 操作流程分析（JDK 1.8）
让我们深入源码，看一下 put 操作是如何保障线程安全的：
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {...if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)n = (tab = initTable()).length;...if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)tab[i] = newNode(hash, key, value, null);else {...synchronized (p) {...if (e != null) {...e.val = value;}}}...
}
📌 关键细节：
tab[i] == null说明该桶为空，可直接 CAS 插入；- 如果不为空，会尝试加锁
synchronized (p)来进行链表插入或值覆盖； - 红黑树的处理逻辑则更复杂一些，但也是在同步块中完成。
四、size 统计问题
在 JDK 1.7 中，size 统计是个麻烦的问题——需要遍历所有 Segment，逐一加锁，效率低下。
JDK 1.8 使用了类似于 LongAdder 的设计（源码中叫 CounterCell[]），每个线程有一个计数单元，最后统一累加即可，大大提升了统计效率和并发性能。
final void addCount(long x, int check) {CounterCell[] as; long b, v; int m;...if ((as = counterCells) != null || !casBaseCount(b = baseCount, b + x)) {...as[i].value += x;}
}
这是 LongAdder 的经典用法，避免了多线程竞争导致的性能下降。
五、CAS 简析
在 JDK 1.8 中大量使用的 CAS，全称是 Compare-And-Swap，核心思想是：
- 比较某个变量当前值是否为预期值；
- 若是，则更新为新值；
- 否则，不做处理，重试。
它是一种无锁的原子操作，是构建高性能并发容器的基础。这里就不详细介绍了，详细说明欢迎点进我的个人主页中查找
六、总结对比
| 特性 | JDK 1.7 | JDK 1.8 |
|---|---|---|
| 数据结构 | Segment + HashEntry[] | Node[] + 链表/红黑树 |
| 锁机制 | Segment级别锁（ReentrantLock） | synchronized + CAS |
| 并发性能 | 中等 | 高 |
| size统计 | 全锁 + 遍历Segment | LongAdder 分段计数 |
| 扩展性 | 受限于 Segment 个数 | 动态扩容，粒度更细 |