Java 並發編程：ConcurrentHashMap 原理深度分析

背景

Hashtable 使用單一鎖鎖定整張表，並發性能差。ConcurrentHashMap 採用鎖分離技術，內部分為多個段，每段獨立加鎖，允許多線程並發修改不同段。

結構解析

• 頂層：ConcurrentHashMap 持有 final Segment[] segments。
• 每個 Segment 繼承 ReentrantLock，是一個小型 Hash 表，擁有獨立鎖。
• 數據節點 HashEntry：key、hash、next 為 final，value 為 volatile，保證不可變性與可見性。

核心字段

final int segmentMask;  // 段索引掩碼
final int segmentShift; // 段索引位移
final Segment[] segments;

段數組為 final，成員也為 final，按固定順序獲取鎖避免死鎖。

關鍵操作源碼解讀

定位段

final Segment segmentFor(int hash) {
    return segments[(hash >>> segmentShift) & segmentMask];
}

Put 操作

鎖定段，檢查擴容，定位桶，遍歷鏈表若 key 存在則更新 value，否則頭插法創建新節點，最後寫入 count（volatile）保證可見性。

Remove 操作

鎖定段，定位節點。因 HashEntry 不可變，刪除需克隆前驅節點，尾節點指向被刪節點的 next。修改 modCount、count。

Get 操作（無鎖）

讀取 count（volatile）建立 happens-before，遍歷鏈表（next 為 final）。若讀到 value==null，加鎖重讀防止指令重排導致的可見性問題。

跨段操作

size()、containsValue() 需按順序鎖定所有段，操作完按順序釋放，利用 modCount 檢測遍歷過程中是否有修改，若有則重試。

應用場景

大數組多線程共享時可考慮分段鎖思想；數據庫事務分離、分表同理。