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ConcurrentHashMap 实现原理及优化分析

ConcurrentHashMap 是 Java 中用于并发环境下的高效数据存储结构，主要用于解决 Hashtable 在多线程环境下性能低下的问题。它的实现经历了多次改进，特别是在 JDK 1.5 和 JDK 1.8 中的不同版本，分别采用了不同的锁机制和数据结构。

分段锁技术 (JDK 1.5)

在 JDK 1.5 中，ConcurrentHashMap 使用分段锁技术将数据分成多个段，每个段有自己的锁。这样，当一个线程占用一段锁进行操作时，其他段的数据可以被其他线程访问。这种方式的效率比 Hashtable 的全表锁提高了 16 倍，显著提升了多线程环境下的性能表现。

键锁分离技术 (JDK 1.8)

在 JDK 1.8 中，ConcurrentHashMap 取消了分段锁，改用更细粒度的锁机制。具体来说，它结合了无锁操作 CAS 和传统的 synchronized 锁。这种实现方式在插入数据时，只要哈希值不冲突，就不会同时需要锁，从而进一步提升了效率。

实现细节分析

put 方法实现

size 方法实现

在 JDK 1.8 中，size 方法通过维护一个可变长的 CounterCell 数组来统计元素个数。每个元素的变化记录在 CounterCell 中，通过 CAS 操作更新元素个数，确保在高并发环境下准确统计元素数量。

总结

ConcurrentHashMap 的高效性主要来源于其细粒度的锁机制和无锁操作 CAS。通过细粒度锁，避免了大块锁的竞争，提升了并发环境下的性能。同时，结合红黑树结构和 CounterCell 统计机制，进一步优化了数据操作的效率。这种设计使得 ConcurrentHashMap 成为多线程环境下的高效数据存储解决方案。

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