Java ConcurrentHashMap如何保证线程安全

ConcurrentHashMap通过分段锁（JDK 1.7）和CAS+synchronized（JDK 1.8+）实现线程安全，采用volatile保证可见性，CAS减少锁竞争，synchronized锁定链表头或红黑树根节点，实现细粒度同步，提升并发性能。

ConcurrentHashMap 通过多种机制来保证线程安全，不同于 Hashtable 的全局同步锁，它在性能和并发性上做了大量优化。核心在于采用“分段锁”机制（JDK 1.7）和 CAS + synchronized（JDK 1.8 及以后），下面从不同版本说明其实现原理。

JDK 1.7：分段锁（Segment）

在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap 内部将数据分成多个 Segment（段），每个 Segment 相当于一个独立的 HashMap，并持有自己的锁。

• 结构上是 Segment 数组，每个 Segment 继承自 ReentrantLock，管理自己范围内的 HashEntry 数组。
• 读操作不需要加锁，使用 volatile 保证可见性。
• 写操作（put、remove）时，只锁定当前 Segment，其他线程仍可访问别的 Segment，大大提升了并发能力。

这种设计减少了锁竞争，允许多个线程同时进行不同段的写操作，实现“锁分离”。

JDK 1.8：CAS + synchronized 优化

JDK 1.8 彻底重构了 ConcurrentHashMap 的实现，不再使用 Segment，而是基于 Node 数组 + 链表/红黑树 的结构，类似优化后的 HashMap，并结合 CAS 和 synchronized 实现线程安全。

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• Node 数组 + volatile：table 数组用 volatile 修饰，确保多线程下的可见性。
• CAS 操作：在初始化数组或添加第一个节点时，使用 CAS 操作（如 compareAndSwapObject）保证只有一个线程能成功执行，避免竞态条件。
• synchronized 锁住链表头或红黑树根节点：当发生哈希冲突需要写入时，只对当前桶（bucket）的第一个节点加 synchronized 锁，粒度更细。
• 链表转红黑树：当链表长度超过阈值（默认 8），且数组长度大于 64，链表转换为红黑树，降低查找和插入时间复杂度。

这种方式既保证了线程安全，又避免了 Segment 带来的内存开销和复杂性。

关键机制保障线程安全

• volatile 变量：控制状态变量（如 sizeCtl）和 Node 的 val、next 字段用 volatile 修饰，确保修改对其他线程立即可见。
• CAS 原子操作：用于无锁地更新计数、初始化等操作，提高并发效率。
• 局部加锁：synchronized 只作用于散列桶的头节点，而不是整个表，极大减少锁竞争。
• size 控制机制：通过 CounterCell 类似 LongAdder 的思想，多线程并发更新时分散计数，最后汇总，避免单点竞争。

基本上就这些。ConcurrentHashMap 能高效支持并发读写，正是因为它在不同版本中不断优化同步策略，从分段锁到细粒度锁 + CAS，兼顾了性能与安全性。

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