对HashMap的理解(三):ConcurrentHashMap
HashMap不是线程安全的。在并发插入元素的时候,有可能出现环链表,让下一次读操作出现死循环。
避免HashMap的线程安全问题有很多方法,比如改用HashTable或Collections.synchronizedMap. (Hashtable是对hashmap中的方法加上了Synchronize,会锁定整个map)
但这两者有着共同的问题:性能。无论读操作还是写操作,它们都会给整个集合加锁,导致同一时间的其他操作为之阻塞。如图。
HashTable容器使用synchronized来保证线程安全,但在线程竞争激烈的情况下,HashTable的效率非常低。因为当一个线程访问HashTable的同步方法,其他线程也访问HashTable的同步方法时,会进入阻塞或轮询状态。如线程1使用put进行元素添加,线程2不但不能使用put方法添加元素,也不能使用get方法来获取元素,所以竞争越激烈效率越低。
那么在并发环境下,如何能够兼顾线程安全和运行效率呢?这时候ConcurrentHashMap就应运而生了。ConcurrentHashMap的锁分段技术可有效提升并发访问率
Hashtable容器在竞争激烈的并发环境下表现出效率低下的原因是所有访问HashTable的线程都必须竞争同一把锁。假如容器里有多把锁,每一把锁用于锁容器中的一部分数据,那么当多线程访问容器里不同数据段的数据时,线程之间就不会存在锁竞争,从而可以有效提高并发访问效率,这就是ConcurrentHashMap所使用的锁分段技术。首先将数据分成一段一段地存储,然后给每一段数据配一把锁,当一个线程占用锁访问其中一个数据段时,其他段的数据也能被其他线程访问。
对于ConcurrentHashMap,最关键的是要理解一个概念:Segment
Segment是什么呢?Segment本身就相当于一个HashMap对象。
同HashMap一样,Segment包含一个HashEntry数组,数组中的每一个HashEntry既是一个键值对,也是一个链表的头节点。
单一的Segment结构如下:
像这样的Segment对象,在ConcurrentHashMap集合中有多少个呢?有2的N次方个,共同保存在一个名为segments的数组当中。
因此整个ConcurrentHashMap的结构如下:
可以说,ConcurrentHashMap是一个二级哈希表。在一个总的哈希表下面,有若干个子哈希表。
这样的二级结构,和数据库的水平拆分有些相似。
每一个Segment就好比一个自治区,读写操作高度自治,Segment之间互不影响。
(一)、ConcurrentHashMap并发读写的几种情形:
Case1:不同Segment的并发写入
不同Segment的写入是可以并发执行的。
Case2:同一Segment的一写一读
同一Segment的写和读是可以并发执行的。
Case3:同一Segment的并发写入
Segment的写入是需要上锁的,因此对同一Segment的并发写入会被阻塞。
由此可见,ConcurrentHashMap当中每个Segment各自持有一把锁。在保证线程安全的同时降低了锁的粒度,让并发操作效率更高。
(二)、ConcurrentHashMap读写的详细过程:
Get方法:
1.为输入的Key做Hash运算,得到hash值。
2.通过hash值,定位到对应的Segment对象
3.再次通过hash值,定位到Segment当中数组的具体位置。
get操作的高效之处在于整个get过程不需要加锁,除非读到的值是空才会加锁重读。我们知道HashTable容器的get方法是需要加锁的,那么ConcurrentHashMap的get操作是如何做到不加锁的呢?原因是它的get方法里将要使用的共享变量都定义成volatile类型, 如用于统计当前Segement大小的count字段和用于存储值的HashEntry的value。 定义成volatile的变量, 能够在线程之间保持可见性, 能够被多线程同时读, 并且保证不会读到过期的值, 但是只能被单线程写(有一种情况可以被多线程写, 就是写入的值不依赖于原值),在get操作里只需要读不需要写共享变量count和value, 所以可以不用加锁。 之所以不会读到过期的值, 是因为根据Java内存模型的happen before原则, 对volatile字段的写入操作先于读操作, 即使两个线程同时修改和获取volatile变量, get操作也能拿到最新的值, 这是用volatile替换锁的经典应用场景。
Put方法:
1.为输入的Key做Hash运算,得到hash值
2.通过hash值,定位到对应的Segment对象
3.获取可重入锁
4.判断是否需要对Segment里的HashEntry数组进行扩容
5.再次通过hash值,定位到Segment当中数组的具体位置
6.插入或覆盖HashEntry对象
7.释放锁。
(1) 是否需要扩容
在插入元素前会先判断Segment里的HashEntry数组是否超过容量(threshold) , 如果超过阈值, 则对数组进行扩容。 值得一提的是, Segment的扩容判断比HashMap更恰当, 因为HashMap是在插入元素后判断元素是否已经到达容量的, 如果到达了就进行扩容, 但是很有可能扩容之后没有新元素插入, 这时HashMap就进行了一次无效的扩容。
(2) 如何扩容
在扩容的时候, 首先会创建一个容量是原来容量两倍的数组, 然后将原数组里的元素进行再散列后插入到新的数组里。 为了高效, ConcurrentHashMap不会对整个容器进行扩容, 而只对某个segment进行扩容。
从步骤可以看出,ConcurrentHashMap在读写时都需要二次定位。首先定位到Segment,之后定位到Segment内具体数组下标。
(三)、ConcurrentHashMap的size方法
既然每个Segment都各自加锁,那么在调用Size方法时,怎么解决一致性的问题呢?
Size方法的目的是统计ConcurrentHashMap的总元素数量, 自然需要把各个Segment内部的元素数量汇总起来。
但是,如果在统计Segment元素数量的过程中,已统计过的Segment瞬间插入新的元素,这时候该怎么办呢?
ConcurrentHashMap的Size方法是一个嵌套循环,大体逻辑如下:
1.遍历所有的Segment。
2.把Segment的元素数量累加起来。
3.把Segment的修改次数累加起来。
4.判断所有Segment的总修改次数是否大于上一次的总修改次数。如果大于,说明统计过程中有修改,重新统计,尝试次数+1;如果不是。说明没有修改,统计结束。
5.如果尝试次数超过阈值,则对每一个Segment加锁,再重新统计。
6.再次判断所有Segment的总修改次数是否大于上一次的总修改次数。由于已经加锁,次数一定和上次相等。
7.释放锁,统计结束。
这种思想和乐观锁悲观锁的思想如出一辙。
为了尽量不锁住所有Segment,首先乐观地假设Size过程中不会有修改。当尝试一定次数,才无奈转为悲观锁,锁住所有Segment保证强一致性。
参考:
《Java并发编程的艺术》
来自公众号:
对HashMap的理解(三):ConcurrentHashMap的更多相关文章
- HashMap、Hashtable、ConcurrentHashMap面试总结
原文链接:https://www.cnblogs.com/hexinwei1/p/10000779.html 小总结 HashMap.Hashtable.ConcurrentHashMap HashM ...
- [转帖]HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap的原理与区别
HashMap.HashTable.ConcurrentHashMap的原理与区别 http://www.yuanrengu.com/index.php/2017-01-17.html 2017年1月 ...
- HashMap的扩容机制, ConcurrentHashMap和Hashtable主要区别
源代码查看,有三个常量, static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 & ...
- HashMap,Hashtable,ConcurrentHashMap 和 synchronized Map 的原理和区别
HashMap 是否是线程安全的,如何在线程安全的前提下使用 HashMap,其实也就是HashMap,Hashtable,ConcurrentHashMap 和 synchronized Map 的 ...
- Java集合——HashMap、HashTable以及ConCurrentHashMap异同比较
0. 前言 HashMap和HashTable的区别一种比较简单的回答是: (1)HashMap是非线程安全的,HashTable是线程安全的. (2)HashMap的键和值都允许有null存在,而H ...
- 集合类HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap区别?
1.HashMap 简单来说,HashMap由数组+链表组成的,数组是HashMap的主体,链表则是主要为了解决哈希冲突而存在的,如果定位到的数组位置不含链表(当前entry的next指向null), ...
- HashMap,HashTable,ConcurrentHashMap的实现原理及区别
http://youzhixueyuan.com/concurrenthashmap.html 一.哈希表 哈希表就是一种以 键-值(key-indexed) 存储数据的结构,我们只要输入待查找的值即 ...
- HashMap和Hashtable以及ConcurrentHashMap的区别
HashMap和Hashtable的区别 何为HashMap HashMap是在JDK1.2中引入的Map的实现类. HashMap是基于哈希表实现的,每一个元素是一个key-value对,其内部 ...
- Java虚拟机内存溢出异常--《深入理解Java虚拟机》学习笔记及个人理解(三)
Java虚拟机内存溢出异常--<深入理解Java虚拟机>学习笔记及个人理解(三) 书上P39 1. 堆内存溢出 不断地创建对象, 而且保证创建的这些对象不会被回收即可(让GC Root可达 ...
- BEGINNING SHAREPOINT® 2013 DEVELOPMENT 第2章节--SharePoint 2013 App 模型概览 理解三个SharePoint 部署模型 Apps
BEGINNING SHAREPOINT® 2013 DEVELOPMENT 第2章节--SharePoint 2013 App 模型概览 理解三个SharePoint 部署模型 Apps ...
随机推荐
- Qt-网易云音乐界面实现-3 音乐名片模块的实现
这个模块其实我是不知道该叫什么的,暂时就叫做音乐名片模块吧,这可以看到,这个模块简单的显示以下信息. 1. 歌曲名称 2. 歌曲歌唱者 3. 歌曲封面 4. 喜欢歌曲的按钮 5. 分享歌曲的按钮 6. ...
- CF刷题-Codeforces Round #481-F. Mentors
题目链接:https://codeforces.com/contest/978/problem/F 题目大意: n个程序员,k对仇家,每个程序员有一个能力值,当甲程序员的能力值绝对大于乙程序员的能力值 ...
- 有序链表转换二叉搜索树(LeetCode)
将一个按照升序排列的有序数组,转换为一棵高度平衡二叉搜索树. 本题中,一个高度平衡二叉树是指一个二叉树每个节点 的左右两个子树的高度差的绝对值不超过 1. 示例: 给定有序数组: [-10,-3,0, ...
- selenium的基本定位方式总结
Selenium提供了8种定位方式. id name class name tag name link text partial link text xpath css selector 这8种定位方 ...
- Docker 私有仓库方案比较与搭建
我们知道docker镜像可以托管到dockerhub中,跟代码库托管到github是一个道理.但如果我们不想把docker镜像公开放到dockerhub中,只想在部门或团队内部共享docker镜像,能 ...
- Codeforces1151E,F | 553Div2 | 瞎讲报告
传送链接 E. Number of Components 当时思博了..一直在想对于\([1,r]\)的联通块和\([1,l-1]\)的联通块推到\([l,r]\)的联通块...我真的是傻了..这题明 ...
- Bootstrap学习--栅格系统
响应式布局页面:即同一套页面可以兼容不同分辨率的设备. Bootstrap依赖于栅格系统实现响应式布局,将一行均分为12个格子,可以指定元素占几个格子. 实现过程 1.定义容器,相当于之前的table ...
- vi/vim命令详解
基础命令学习目录首页 原文链接:https://www.cnblogs.com/mondol/p/vi-examples.html 进入vi vi filename # 打开或新建文件,并将光标置于第 ...
- plsql 不修改tnsnames.ora文件
PLSQL 不修改tnsname直接连数据库的方式在PLSQL的Database中直接输入192.168.1.6:1521/VP.其中192.168.1.6为数据库的IP:1521为数据库端口:VP为 ...
- Python20-Day06
常用模块 一.random模块 import random # print(random.random()) #打印0-1之间的小数 # print(random.randint(1,3)) #大于等 ...