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为什么ConcurrentHashMap的get操作不需要加锁?
ConcurrentHashMap在JDK 1.8中引入了一种新的并发安全机制,使其在get操作中无需显式加锁。这种实现依赖于volatile关键字和其他内存模型机制,确保线程之间的数据一致性。以下是详细的解释:
1. ConcurrentHashMap的简介
ConcurrentHashMap是JDK 1.8引入的一种并发安全集合框架,相较于之前的Segment+HashEntry+ReentrantLock实现,1.8版本采用了Node、CAS(比较与交换)和Synchronized关键字来实现。这种设计将锁的粒度从Segment提升到了HashEntry(首节点),降低了锁的使用频率,提高了并发性能。
2. get操作源码分析
ConcurrentHashMap的get操作通过以下步骤完成:
计算键码:使用spread(key.hashCode())计算键码,定位到表格中的索引位置。 查找首节点:如果找到首节点且键值匹配,则直接返回值。 处理扩容节点:遇到扩容节点(ForwardingNode)时,调用find方法查找下一个表格中的节点。 链表遍历:如果既不是首节点也不是扩容节点,则遍历链表查找匹配节点。 源码中没有加锁,这是因为Node对象的val和next字段被volatile修饰,确保多线程环境下可见性和一致性。
3. 没有加锁,ConcurrentHashMap如何保证读到的数据不是脏数据?
- volatile的作用:volatile确保了可见性和一致性。修改后的值会立即写入主存,避免缓存一致性问题。
- 缓存一致性协议:在多处理器环境下,volatile变量的修改会通知其他CPU,确保所有处理器的缓存一致。
4. volatile登场的意义
- 可见性:volatile变量确保修改结果对所有线程可见。
- 一致性:volatile变量的写入会强制将值写入主存,避免缓存不一致。
- 禁止指令重排序:volatile操作阻止处理器对写入和读取操作进行重排序,确保执行顺序一致性。
5. 是加在数组上的volatile吗?
- 数组用volatile修饰:数组用volatile修饰是为了确保数组本身的可见性,而不是数组元素。例如,
transient volatile Node[] table;中的volatile修饰数组,而不是数组中的元素。 - 数组的可见性:数组用volatile修饰的目的是在扩容时保证其他线程能够正确地看到数组的变化,避免数据不一致。
6. 用volatile修饰的Node
- 成员变量修饰:Node类中
val和next字段用volatile修饰,确保线程间的可见性和一致性。 - 线程安全机制:通过volatile,线程A对Node的修改会立即对线程B可见,避免数据不一致。
7. 总结
- 无锁机制:ConcurrentHashMap的get操作无需加锁,是因为依赖于volatile修饰和内存模型机制。
- 数组用volatile修饰:主要是为了在扩容时保证数组的可见性,而不是数组元素的可见性。
- 性能优势:通过降低锁粒度和优化数据结构(如红黑树),ConcurrentHashMap实现了高效的并发性能。
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