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上一篇我们从HashMap的数据结构及线程安全方面进行了一个了解，我们都知道HashMap是线程不安全的，所以在多线程环境下，为了线程安全我们有3种选择：ConcurrentHashMap、HashTable、Collections.SynchronizedMap(new HashMap())，后两种的实现原理类似，就是几乎每个方法都被 synchronized 关键字所修饰了，这也就保证了线程安全。由于每个方法都加上同步锁，导致性能下降，所以从性能考虑我们的最优选择是ConcurrentHashMap，那么接下来我们详细分析ConcurrentHashMap的实现原理。
Java 7 版本中的 ConcurrentHashMap
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从图中我们可以看出，在 ConcurrentHashMap 内部进行了 Segment 分段，Segment 继承了 ReentrantLock，可以理解为一把锁，各个 Segment 之间都是相互独立上锁的，互不影响。相比于之前的 Hashtable 每次操作都需要把整个对象锁住而言，大大提高了并发效率。因为它的锁与锁之间是独立的，而不是整个对象只有一把锁。
每个 Segment 的底层数据结构与 HashMap 类似，仍然是数组和链表组成的拉链法结构。默认有 0~15 共 16 个 Segment，所以最多可以同时支持 16 个线程并发操作（操作分别分布在不同的 Segment 上）。16 这个默认值可以在初始化的时候设置为其他值，但是一旦确认初始化以后，是不可以扩容的。
Java 8 版本的 ConcurrentHashMap
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在jdk1.8中，将元素改为了Node，每个node下存在两种数据结构，分别是链表和红黑树，通HashMap的数据结构类似，并且逻辑也是一样的，当链表的长度大于等于8的时候，并且容量满足要求，链表会转化为红黑树。
我们先来看看最基础的内部存储结构 Node，如这段代码所示：
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
volatile V val;
volatile Node<K,V> next;
}
可以看出，每个 Node 里面是 key-value 的形式，并且把 value 和 内部的next 用 volatile 修饰，以便保证可见性，next 指针的作用是方便产生链表结构。
ConcurrentHashMap在put方法中采用了cas+synchronized的方式保证了线程安全，主要过程如下：
final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
if (key == null || value == null) {
throw new NullPointerException();
}
//计算 hash 值
int hash = spread(key.hashCode());
int binCount = 0;
for (Node<K, V>[] tab = table; ; ) {
Node<K, V> f;
int n, i, fh;
//如果数组是空的，就进行初始化
if (tab == null || (n = tab.length) == 0) {
tab = initTable();
}
// 找该 hash 值对应的数组下标
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
//如果该位置是空的，就用 CAS 的方式放入新值
if (casTabAt(tab, i, null,
new Node<K, V>(hash, key, value, null))) {
break;
}
}
//hash值等于 MOVED 代表在扩容
else if ((fh = f.hash) == MOVED) {
tab = helpTransfer(tab, f);
}
//槽点上是有值的情况
else {
V oldVal = null;
//用 synchronized 锁住当前槽点，保证并发安全
synchronized (f) {
if (tabAt(tab, i) == f) {
//如果是链表的形式
if (fh >= 0) {
binCount = 1;
//遍历链表
for (Node<K, V> e = f; ; ++binCount) {
K ek;
//如果发现该 key 已存在，就判断是否需要进行覆盖，然后返回
if (e.hash == hash &&
((ek = e.key) == key ||
(ek != null && key.equals(ek)))) {
oldVal = e.val;
if (!onlyIfAbsent) {
e.val = value;
}
break;
}
Node<K, V> pred = e;
//到了链表的尾部也没有发现该 key，说明之前不存在，就把新值添加到链表的最后
if ((e = e.next) == null) {
pred.next = new Node<K, V>(hash, key,
value, null);
break;
}
}
}
//如果是红黑树的形式
else if (f instanceof TreeBin) {
Node<K, V> p;
binCount = 2;
//调用 putTreeVal 方法往红黑树里增加数据
if ((p = ((TreeBin<K, V>) f).putTreeVal(hash, key,
value)) != null) {
oldVal = p.val;
if (!onlyIfAbsent) {
p.val = value;
}
}
}
}
}
if (binCount != 0) {
//检查是否满足条件并把链表转换为红黑树的形式，默认的 TREEIFY_THRESHOLD 阈值是 8
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) {
treeifyBin(tab, i);
}
//putVal 的返回是添加前的旧值，所以返回 oldVal
if (oldVal != null) {
return oldVal;
}
break;
}
}
}
addCount(1L, binCount);
return null;
}
总结ConcurrentHashMap在java7和8的异同点和优缺点
数据结构
Java 7 采用 Segment 分段锁+哈希表实现
Java 8 中的 ConcurrentHashMap 使用Node + 链表 + 红黑树
并发度
Java 7 中，每个 Segment 独立加锁，最大并发个数就是 Segment 的个数，默认是 16。
Java 8 中，锁粒度更细，理想情况下table 数组元素的个数（也就是数组长度）就是其支持并发的最大个数，并发度比之前有提高。
线程安全
Java 7 采用 Segment 分段锁来保证安全，而 Segment 是继承自ReentrantLock。
Java 8 中放弃了 Segment 的设计，采用 Node + CAS + synchronized 保证线程安全。
Hash 碰撞
Java 7 在 Hash 冲突时，会使用拉链法，也就是链表的形式。
Java 8 先使用拉链法，在链表长度超过一定阈值时，将链表转换为红黑树，来提高查找效率。
查询时间复杂度
Java 7 遍历链表的时间复杂度是 O(n)，n 为链表长度。
Java 8 如果变成遍历红黑树，那么时间复杂度降低为 O(log(n))，n 为树的节点个数。
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