java ConcurrentHashMap锁分段技术及原理详解

ConcurrentHashMap是Java集合框架中用来处理并发访问的HashMap的一个线程安全的实现。在多线程的场景下，使用普通的HashMap会出现线程安全问题。为了避免这种情况，ConcurrentHashMap加入了锁分段技术，保证线程安全。下面将详细介绍ConcurrentHashMap的锁分段技术及其原理。

一、锁分段技术

锁分段技术即将一个大的锁分成多个小的锁，即将整个HashMap分成几段（segment），每一段上分别加锁，使得不同的线程可以同时访问不同的段，从而提高了并发效率。每一段可以看做是一个独立的HashMap，每个段内部可以进行独立的操作。

具体来说，当我们向ConcurrentHashMap中添加元素时，首先会根据key的hash值选择对应的段，然后获取该段对应的锁，与其他线程同时添加元素的段并发执行。因此，如果多个线程同时访问ConcurrentHashMap时，不同的线程可以同时向不同的段添加元素，也就是说，不同的线程之间相互不会阻塞，从而极大地提高了并发度。

二、ConcurrentHashMap的原理

1. 数据结构

ConcurrentHashMap的内部数据结构包括多个segment和HashEntry数组。每个segment内部包含一个HashEntry数组和一个锁ReentrantLock。每个HashEntry是一个键值对，其中key和value都是泛型T类型。

2. 计算hash值

ConcurrentHashMap的hash函数是通过将key的hash值右移16位并异或整个hash值得到的。再将得到的hash值对segment数组的长度取余，最终得到的余数就是对应的segment的下标。

3. 添加元素

当对ConcurrentHashMap进行添加元素时，首先通过计算hash值得到对应的segment下标。然后获取该segment对应的锁，在锁的保护下向其中添加元素。如果该segment中已经存在相同的key，则更新value值；如果不存在，则新建HashEntry对象添加到bucket中。

4. 查找元素

在查找元素时，也是通过计算hash值得到相应的segment下标，然后获取该segment对应的锁，由于每个segment内部都是一个独立的HashMap，所以在不同线程中查找元素也是可以并发操作的。

5. 扩容

当ConcurrentHashMap中的元素数量达到一个阈值时，会自动进行扩容。在扩容过程中，会先将原先的HashEntry重新分配到新的segment中，然后再扩大HashEntry数组的长度。扩容期间虽然会影响整个ConcurrentHashMap的并发度，但这个影响是比较短暂的，并且由于锁分段技术的存在，只会对某个segment产生影响，不会对所有线程产生阻塞。

通过锁分段技术，ConcurrentHashMap在实现线程安全的同时，提高了并发度，是一个高效的线程安全的HashMap实现。