ConcurrentHashMap 是 Java 提供的一种高效、线程安全的哈希表实现，主要用于多线程环境下替代传统的 HashMap 和 Hashtable。

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1. 基本概念

• 所在包：java.util.concurrent
• 线程安全： 是（高效）
• 是否支持 null 键/值： 不支持（会抛出 NullPointerException）
• JDK 1.8 中采用锁分离 + CAS + 红黑树优化方案

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2. 数据结构

JDK 1.8 中 ConcurrentHashMap 的底层结构如下：

transient volatile Node<K,V>[] table;

• 底层是一个哈希数组，数组中的每个位置是一个链表或红黑树；
• 每个桶位的节点类型为 Node<K,V> 或 TreeNode<K,V>（红黑树节点）；
• 节点结构：

static class Node<K,V> {
    final int hash;
    final K key;
    volatile V val;
    volatile Node<K,V> next;
}

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3. 线程安全机制

核心特性：分段锁 + CAS + synchronized 组合

操作	机制说明
put（无冲突）	CAS（无锁）
put（冲突）	synchronized 锁定链表或树头节点
get	无锁（只读 volatile）
扩容	synchronized + 多线程协作
红黑树转换	synchronized + TreeBin 封装

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详细锁机制说明：

1. CAS 操作（乐观锁）

• 用于插入首节点、创建 table 等；
• 通过 Unsafe.compareAndSwapObject 保证原子性；
• 高性能，失败时重试。

2. synchronized 锁节点

• 当 CAS 无法完成时（如链表存在），对桶头节点加锁；
• 范围非常小，仅锁当前链表，称为“细粒度锁”。

3. volatile 可见性

• 所有关键字段都用 volatile 修饰，确保多线程间可见性。

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4. put 操作流程

步骤简述：

1. 如果 table 未初始化，初始化 table（CAS）
2. 计算 key 的 hash，定位 bucket
3. 如果 bucket 为空，使用 CAS 插入
4. 如果不为空，使用 synchronized 加锁链表或红黑树头节点：
   - 查找是否存在 key，若存在更新
   - 若不存在，插入新节点
5. 判断链表长度是否超过阈值（8），转换为红黑树
6. 判断当前元素数量是否超过负载因子，触发扩容

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5. 红黑树支持

• 链表长度超过 8，且数组长度 ≥ 64 ⇒ 转为红黑树
• 优点：避免链表退化为 O(n)
• 使用 TreeBin 管理红黑树（不是直接用 TreeMap）

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6. 扩容机制

与 HashMap 不同：

• HashMap：单线程扩容，可能死循环（JDK1.7）；
• ConcurrentHashMap：多线程协作扩容，无锁数据迁移。

关键点：

• transfer() 方法使用 ForwardingNode 作为占位标记，避免并发冲突；
• 线程在不同 bucket 上迁移，不重复工作；
• 保证并发场景下的稳定性和安全性。

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7. get 操作流程（无锁）

1. 计算 hash 定位 bucket；
2. 顺序遍历链表或红黑树；
3. 比较 key 值，返回 value；
4. 所有节点使用 volatile，保证可见性。

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8. 常用方法说明

方法	是否线程安全	说明
get(K key)	是	无锁读取
put(K key, V value)	是	CAS + synchronized 组合
remove(K key)	是	加锁删除
computeIfAbsent()	是	函数式接口并发安全支持
forEach()	是（弱一致性）	遍历过程支持并发修改

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9. ConcurrentHashMap vs HashMap vs Hashtable

特性	HashMap	Hashtable	ConcurrentHashMap
线程安全	否	是（全方法加锁）	是（分段+CAS+synchronized）
性能	高（单线程）	低（锁粒度粗）	高（并发环境）
null 支持	✅ 允许 null键和值	❌ 不允许	❌ 不允许
遍历时安全	❌ 结构变会抛异常	❌ 不 fail-fast	✅ 弱一致性
使用推荐场景	单线程场景	已淘汰	并发读写（推荐）

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10. 注意事项和建议

• 不支持 null 作为 key 或 value；
• 遍历期间可以安全地并发修改（弱一致性）；
• 不保证元素顺序；
• 适用于高并发缓存、共享数据容器；
• 如果要强一致遍历，建议使用 synchronized 或加快写入频率控制。

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11. 总结

优点	说明
高效线程安全	分段锁+CAS+synchronized 保证效率与安全
支持高并发	多线程读写性能远高于 Hashtable
局部加锁，粒度细	每次只锁单个桶位，不影响整体性能
支持红黑树优化	高冲突场景避免链表退化，保持高查找性能
支持多线程扩容	扩容性能高，避免阻塞

12. JDK 1.7 vs JDK 1.8：ConcurrentHashMap 实现对比

对比维度	JDK 1.7 实现（老版）	JDK 1.8 实现（现代）
底层结构	Segment 数组 + HashEntry[]	Node[] 数组（无 Segment）
锁粒度	Segment 锁（分段锁，16 段默认）	桶位节点锁（更细，基于 synchronized）
锁类型	显式悲观锁（ReentrantLock）	CAS + synchronized（乐观 + 悲观）
并发扩容	不支持，扩容时阻塞整个表	支持多线程协作扩容
红黑树优化	不支持，链表可能退化为 O(n)	支持链表转红黑树，保持查询高效
put/get 过程	需定位 Segment，再定位桶	直接定位数组桶，减少层级
初始化机制	使用 final Segment[] 延迟初始化	使用 CAS 创建 table，按需初始化
遍历一致性	弱一致性	弱一致性（更快）
null 支持	不支持	不支持
性能和扩展性	并发度受限于 Segment 数	性能更优，适用于更高并发

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总结：

• JDK 1.7：通过「Segment 分段锁」实现线程安全，锁粒度为段，缺点是扩容时性能差、冲突严重时链表长；
• JDK 1.8：摒弃 Segment，采用「数组 + CAS + synchronized + 红黑树」架构，锁更细、效率更高、并发性能显著提升。