ConcurrentHashMap JDK 1.8 核心改進深度解析：從分段鎖到 CAS + synchronized + 紅黑樹

JDK 1.7 回顧：Segment 分段鎖架構

• 數組 Segment[] segments，每個 Segment 繼承 ReentrantLock，內含 HashEntry<K,V>[] table。
• 併發度 = Segment 數量（默認 16），擴容時需鎖定整個 Segment。
• 查詢無鎖（volatile 保證可見性），寫操作鎖 Segment。

JDK 1.8 兩大核心改進

改進一：摒棄 Segment，採用 Node[] + CAS + synchronized 細粒度鎖

• 直接用 transient volatile Node<K,V>[] table 存儲數據。
• putVal 邏輯：
  1. 計算索引 i = (n-1) & hash。
  2. 若 tab[i] == null，用 casTabAt (Unsafe CAS) 無鎖插入首節點。
  3. 若首節點 hash == MOVED，協助擴容。
  4. 否則 synchronized 鎖住首節點，遍歷鏈表/紅黑樹更新或插入。
• 鎖粒度從 Segment 降級到數組索引（bin），併發度大幅提升。

改進二：鏈表轉紅黑樹，最壞查詢 O(n) → O(log n)

• 鏈表長度 ≥ TREEIFY_THRESHOLD (默認 8) 且數組長度 ≥ MIN_TREEIFY_CAPACITY (64) 時，treeifyBin 轉為紅黑樹（TreeBin 包裝 TreeNode）。
• 樹節點數 ≤ UNTREEIFY_THRESHOLD (6) 時退化為鏈表。
• 紅黑樹查找/插入/刪除均為 O(log n)，極端哈希衝突下性能不再退化。

關鍵源碼片段：putVal 核心邏輯

final V putVal(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
    if (key == null || value == null) throw new NullPointerException();
    int hash = spread(key.hashCode());
    for (Node<K,V>[] tab = table;;) {
        Node<K,V> f; int n, i, fh;
        if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
            tab = initTable();
        else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
            if (casTabAt(tab, i, null, new Node<>(hash, key, value, null)))
                break; // 無鎖插入成功
        }
        else if ((fh = f.hash) == MOVED)
            tab = helpTransfer(tab, f); // 協助擴容
        else {
            V oldVal = null;
            synchronized (f) { // 鎖住 bin 首節點
                if (tabAt(tab, i) == f) {
                    if (fh >= 0) { // 鏈表
                        // 遍歷更新或尾插
                    }
                    else if (f instanceof TreeBin) { // 紅黑樹
                        // putTreeVal
                    }
                }
            }
            if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD) treeifyBin(tab, i);
        }
    }
    addCount(1L, binCount);
    return null;
}

性能實測對比（4 線程各寫 10 萬，再雙線程讀 40 萬）

1.8 在高併發寫入場景優勢明顯，得益於更細鎖粒度與無鎖 CAS 插入。

附錄：LongAdder 思想的 CounterCell 優化 size()

• 1.7 size() 需遍歷所有 Segment 加鎖求和，慢且阻塞。
• 1.8 引入 CounterCell[] 分段計數器，addCount 以 CAS/細鎖更新，size() 無鎖求和，性能數量級提升。