1 Map并发集合
1.1 ConcurrentMap
ConcurrentMap，它是一个接口，是一个能够支持并发访问的java.util.map集合；
在原有java.util.map接口基础上又新提供了4种方法，进一步扩展了原有Map的功能：
public interface ConcurrentMap<K, V> extends Map<K, V> {
//插入元素
V putIfAbsent(K key, V value);
//移除元素
boolean remove(Object key, Object value);
//替换元素
boolean replace(K key, V oldValue, V newValue);
//替换元素
V replace(K key, V value);
}
putIfAbsent：与原有put方法不同的是，putIfAbsent方法中如果插入的key相同，则不替换原有的value值；
remove：与原有remove方法不同的是，新remove方法中增加了对value的判断，如果要删除的key--value不能与Map中原有的key--value对应上，则不会删除该元素;
replace(K,V,V)：增加了对value值的判断，如果key--oldValue能与Map中原有的key--value对应上，才进行替换操作；
replace(K,V)：与上面的replace不同的是，此replace不会对Map中原有的key--value进行比较，如果key存在则直接替换；
其实，对于ConcurrentMap来说，我们更关注Map本身的操作，在并发情况下是如何实现数据安全的。在java.util.concurrent包中，ConcurrentMap的实现类主要以ConcurrentHashMap为主。接下来，我们具体来看下。
1.2 ConcurrentHashMap
ConcurrentHashMap是一个线程安全，并且是一个高效的HashMap。
但是，如果从线程安全的角度来说，HashTable已经是一个线程安全的HashMap，那推出ConcurrentHashMap的意义又是什么呢？
说起ConcurrentHashMap，就不得不先提及下HashMap在线程不安全的表现，以及HashTable的效率！
- HashMap
关于HashMap的讲解，在此前的文章中已经说过了，本篇不在做过多的描述，有兴趣的朋友可以来这里看下--HashMap。
在此节中，我们主要来说下，在多线程情况下HashMap的表现？
HashMap中添加元素的源码：（基于JDK1.7.0_45）
public V put(K key, V value) {
。。。忽略
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
void addEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
。。。忽略
createEntry(hash, key, value, bucketIndex);
}
//向链表头部插入元素：在数组的某一个角标下形成链表结构；
void createEntry(int hash, K key, V value, int bucketIndex) {
Entry<K,V> e = table[bucketIndex];
table[bucketIndex] = new Entry<>(hash, key, value, e);
size++;
}
在多线程情况下，同时A、B两个线程走到createEntry()方法中，并且这两个线程中插入的元素hash值相同，bucketIndex值也相同，那么无论A线程先执行，还是B线程先被执行，最终都会2个元素先后向链表的头部插入，导致互相覆盖，致使其中1个线程中的数据丢失。这样就造成了HashMap的线程不安全，数据的不一致；
更要命的是，HashMap在多线程情况下还会出现死循环的可能，造成CPU占用率升高，导致系统卡死。
举个简单的例子：
public class ConcurrentHashMapTest {
public static void main(String[] agrs) throws InterruptedException {
final HashMap<String,String> map = new HashMap<String,String>();
Thread t = new Thread(new Runnable(){
public void run(){
for(int x=0;x<10000;x++){
Thread tt = new Thread(new Runnable(){
public void run(){
map.put(UUID.randomUUID().toString(),"");
}
});
tt.start();
System.out.println(tt.getName());
}
}
});
t.start();
t.join();
}
}
在上面的例子中，我们利用for循环，启动了10000个线程，每个线程都向共享变量中添加一个元素。
测试结果：通过使用JDK自带的jconsole工具，可以看到HashMap内部形成了死循环，并且主要集中在两处代码上。
image
image
那么，是什么原因造成了死循环？
HashMap--put()494行：（基于JDK1.7.0_45）
public V put(K key, V value) {
if (table == EMPTY_TABLE) {
inflateTable(threshold);
}
if (key == null)
return putForNullKey(value);
int hash = hash(key);
int i = indexFor(hash, table.length);
for (Entry<K,V> e = table[i]; e != null; e = e.next) {------**for循环494行**
Object k;
if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {
V oldValue = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return oldValue;
}
}
modCount++;
addEntry(hash, key, value, i);
return null;
}
HashMap--transfer()601行：（基于JDK1.7.0_45）
void transfer(Entry[] newTable, boolean rehash) {
int newCapacity = newTable.length;
for (Entry<K,V> e : table) {
while(null != e) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (rehash) {
e.hash = null == e.key ? 0 : hash(e.key);
}
int i = indexFor(e.hash, newCapacity);
e.next = newTable[i];
newTable[i] = e;
e = next;
}-----**while循环601行**
}
}
通过查看代码，可以看出，死循环的产生：主要因为在遍历数组角标下的链表时，没有了为null的元素，单向链表变成了循环链表，头尾相连了。
以上两点，就是HashMap在多线程情况下的表现。
- HashTable
说完了HashMap的线程不安全，接下来说下HashTable的效率！！
HashTable与HashMap的结构一致，都是哈希表实现。
与HashMap不同的是，在HashTable中，所有的方法都加上了synchronized锁，用锁来实现线程的安全性。由于synchronized锁加在了HashTable的每一个方法上，所以这个锁就是HashTable本身--this。那么，可想而知HashTable的效率是如何，安全是保证了，但是效率却损失了。
无论执行哪个方法，整个哈希表都会被锁住，只有其中一个线程执行完毕，释放所，下一个线程才会执行。无论你是调用get方法，还是put方法皆是如此；
HashTable部分源码：（基于JDK1.7.0_45）
public class Hashtable<K,V> extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
public synchronized int size() {...}
public synchronized boolean isEmpty() {...}
public synchronized V get(Object key) {...}
public synchronized V put(K key, V value) {...}
}
通过上述代码，可以清晰看出，在HashTable中的主要操作方法上都加了synchronized锁以来保证线程安全。
说完了HashMap和HashTable，下面我们就重点介绍下ConcurrentHashMap，看看ConcurrentHashMap是如何来解决上述的两个问题的！
1.3 ConcurrentHashMap结构
在说到ConcurrentHashMap源码之前，我们首先来了解下ConcurrentHashMap的整体结构，这样有利于我们快速理解源码。
不知道，大家还是否记得HashMap的整体结构呢？如果忘记的话，我们就在此进行回顾下！
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HashMap底层使用数组和链表，实现哈希表结构。插入的元素通过散列的形式分布到数组的各个角标下；当有重复的散列值时，便将新增的元素插入在链表头部，使其形成链表结构，依次向后排列。
下面是，ConcurrentHashMap的结构：
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与HashMap不同的是，ConcurrentHashMap中多了一层数组结构，由Segment和HashEntry两个数组组成。其中Segment起到了加锁同步的作用，而HashEntry则起到了存储K.V键值对的作用。
在ConcurrentHashMap中，每一个ConcurrentHashMap都包含了一个Segment数组，在Segment数组中每一个Segment对象则又包含了一个HashEntry数组，而在HashEntry数组中，每一个HashEntry对象保存K-V数据的同时又形成了链表结构，此时与HashMap结构相同。
在多线程中，每一个Segment对象守护了一个HashEntry数组，当对ConcurrentHashMap中的元素修改时，在获取到对应的Segment数组角标后，都会对此Segment对象加锁，之后再去操作后面的HashEntry元素，这样每一个Segment对象下，都形成了一个小小的HashMap，在保证数据安全性的同时，又提高了同步的效率。只要不是操作同一个Segment对象的话，就不会出现线程等待的问题！
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