HashMap与ConcurrentMap

HashMap是线程不安全的，在多线程环境下对某个对象中HashMap类型的实例变量进行操作时，可能会产生各种不符合预期的问题。

HashMap到底会出现什么问题？

当在多线程并发向HashMap中插入(put)数据时候，可能会出现数据丢失。

我们知道HashMap是数组+链表在极端情况下会出现树的结构。

我们假设当前HashMap中table的状态如下：

此时t1和t2同时执行put，假设t1执行put(“key2”, “value2”)，t2执行put(“key3”, “value3”)，并且key2和key3的hash值与图中的key1相同。

那么正常情况下，put完成后，table的状态应该是下图二者其一

 或者

 

此时我们来看看异常情况，部分源码如下

if ((e = p.next) == null) { // #1
    p.next = newNode(hash, key, value, null); // #2
}

我们假设，有这两个线程都执行到了#1代码位置，然后都判断当前key1处没有数据，需要新插入一个节点到key1中，此时会发生数据覆盖现象

 我们假设第一个线程插入成功

 另一个线程在执行代码时候就会将上一个线程插入的数据覆盖

 此时就发生了线程安全问题。

ConcurrentHashMap如何解决线程安全问题？

Jdk7中ConcurrentHashMap的实现原理基于分段锁机制。

如何实现呢？这就用到了ConcurrentHashMap中最关键的Segment。

ConcurrentHashMap中维护着一个Segment数组，每个Segment可以看做是一个HashMap。

而Segment本身继承了ReentrantLock，它本身就是一个锁。

在Segment中通过HashEntry数组来维护其内部的hash表。

思路如下

如果你是多线程来操作ConcurrentHashMap，如果你们操作的Segment不一样，就可以同时进行，如果操作的是同一个Segment就需要串行处理，只能等待锁释放。

所以，JDK7中，ConcurrentHashMap的整体结构可以描述为下图这样子。

这也就是前文所说的每个Segment可以看做是一个HashMap。

JDK8与JDK7的实现由较大的不同，JDK8中不在使用Segment的概念，他更像HashMap的实现方式。

关于HashMap的原理，参考另一篇文章 HashMap原理及内部存储结构

这个结构基本和HashMap类型，主要是通过volatile和CAS等操作保证线程安全。

 

其中put操作的共享变量的存储和读取全部通过volatile或CAS的方式，保证了线程安全。

对应源码如下

else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
    if (casTabAt(tab, i, null,
                 new Node(hash, key, value, null)))
        break;                   // no lock when adding to empty bin
}
 
static final  Node tabAt(Node[] tab, int i) {
    return (Node)U.getObjectVolatile(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE);
}
 
static final  boolean casTabAt(Node[] tab, int i,
                                    Node c, Node v) {
    return U.compareAndSwapObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + ABASE, c, v);
}

参考：

参考1ConcurrentHashMap怎么解决多线程问题

参考2HashMap有何问题

总结如下：

• HashMap并发异常的例子，当多线程操作HashMap的put操作时，如果两个线程操作的元素的Hash值相同，在插入到HashMap中会出现并发异常问题，可能会造成数据覆盖。
• concurrentHashMap的解决思路，在JDK7中通过引入分段锁机制，引入Segment，Segment继承了ReentrantLock。它本身就是一个锁。在Segment中通过HashEntry数组来维护其内部的hash表。如果你是多线程来操作ConcurrentHashMap，如果你们操作的Segment不一样，就可以同时进行，如果操作的是同一个Segment就需要串行处理，只能等待锁释放。
• 在JDK8中ConcurrentHashMap，在多线程操作ConcurrentHashMap整个过程中，共享变量的存储和读取全部通过volatile或CAS的方式，保证了线程安全。