ConcurrentHashMap相关知识点

ConcurrentHashMap涉及的知识点：HashMap，HashTable，UnSafe，CAS，数组+链表，Segment，ReentrantLock（非公平锁，公平锁），红黑树。

为什么要有ConcurrentHashMap，而不直接使用HashMap和HashTable。

1.因为多线程环境下，使用Hashmap进行put操作会引起死循环，导致CPU利用率接近100%，所以在并发情况下不能使用HashMap。

2.HashTable也是线程安全的，因为HashTable在很多方法上加了synchronized，会锁住整个map，所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁，效率很低。

3.ConcurrentHashMap是线程安全的，在HashMap的基本上，加上了Segment数组（分段锁），假如容器里有多把锁，每一把锁用于锁容器其中一部分数据，那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时，线程间就不会存在锁竞争，从而可以有效的提高并发访问效率。

Segment数组是一种可重入锁ReentrantLock，每个Segment守护者一个HashEntry数组里的元素,当对HashEntry数组的数据进行修改时，必须首先获得它对应的Segment锁。

4.JDK1.8到HashMap和ConCurrentHashMap进行了优化，当链接长度大于8时，会转换为红黑树。

 

ConcurrentHashMap的缺点：在统计size时，需要获取所有分段锁才能统计。

ReentrantLock原理：

ReentrantLock是基本Unsafe和CAS机制的，需要先对Unsafe和CAS了解。

UnSafe，基本JVM对物理内存直接操作，被认为是不安全的操作，JDK没有对外开放API。
CAS(compare and swap)，CAS有3个操作数：内存值V、预期值A、要修改的新值B。当需要把A值修改成B时，只能当V=A时，才能修改成功。

• 非公平锁：如果同时还有另一个线程进来尝试获取，那么有可能会让这个线程抢先获取；（默认为非公平锁）
• 公平锁：如果同时还有另一个线程进来尝试获取，当它发现自己不是在队首的话，就会排到队尾，由队首的线程获取到锁。

a).获取锁流程A　　

当一个线程获取锁时，先判断锁的状态是不是等于0（0代表可以获取锁），如果等于0，尝试使用CAS进用set写入，一旦成功，表明成功获取锁。

如果锁的状态不等于0，判断获取到锁的线程是否为当前线程，如果是当前线程，将状态+1，直接进入。这也就是可重入锁的实现原理。

final boolean nonfairTryAcquire(int acquires) {
    final Thread current = Thread.currentThread();
    int c = getState();
    if (c == 0) {
        if (compareAndSetState(0, acquires)) {
            setExclusiveOwnerThread(current);
            return true;
        }
    }
    else if (current == getExclusiveOwnerThread()) {
        int nextc = c + acquires;
        if (nextc < 0) // overflow
            throw new Error("Maximum lock count exceeded");
        setState(nextc);
        return true;
    }
    return false;
}

b).获取锁流程B

当一个线程获取锁失败，进入队列队尾，进入队列后，如果前序节点是HEAD（表示列队里没有其它人需要获取锁），则CAS再尝试一次。

 否则，则会根据前序节点的状态判断是否需要阻塞。如果需要阻塞，则调用LockSupport的park方法阻塞该线程。

final boolean acquireQueued(final Node node, int arg) {
    boolean failed = true;
    try {
        boolean interrupted = false;
        for (;;) {
            final Node p = node.predecessor();
            if (p == head && tryAcquire(arg)) {
                setHead(node);
                p.next = null; // help GC
                failed = false;
                return interrupted;
            }
            if (shouldParkAfterFailedAcquire(p, node) &&
                parkAndCheckInterrupt())
                interrupted = true;
        }
    } finally {
        if (failed)
            cancelAcquire(node);
    }
}
private final boolean parkAndCheckInterrupt() {
    LockSupport.park(this);
    return Thread.interrupted();
}