Java8开始ConcurrentHashMap,为什么舍弃分段锁

概述

我们知道， 在 Java 5 之后，JDK 引入了 java.util.concurrent 并发包 ，其中最常用的就是 ConcurrentHashMap 了， 它的原理是引用了内部的 Segment ( ReentrantLock )  分段锁，保证在操作不同段 map 的时候， 可以并发执行， 操作同段 map 的时候，进行锁的竞争和等待。从而达到线程安全， 且效率大于 synchronized。

但是在 Java 8 之后， JDK 却弃用了这个策略，重新使用了 synchronized+cas。

弃用原因

通过  JDK 的源码和官方文档看来， 他们认为的弃用分段锁的原因由以下几点：

1. 加入多个分段锁浪费内存空间。
2. 生产环境中， map 在放入时竞争同一个锁的概率非常小，分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待。
3. 为了提高 GC 的效率

新的同步方案

既然弃用了分段锁， 那么一定由新的线程安全方案， 我们来看看源码是怎么解决线程安全的呢？（源码保留了segment 代码， 但并没有使用）

put

首先通过 hash 找到对应链表过后， 查看是否是第一个object， 如果是， 直接用cas原则插入，无需加锁。

Node<K,V> f; int n, i, fh; K fk; V fv;
if (tab == null || (n = tab.length) == 0)
    tab = initTable(); // 这里在整个map第一次操作时，初始化hash桶， 也就是一个table
else if ((f = tabAt(tab, i = (n - 1) & hash)) == null) {
//如果是第一个object， 则直接cas放入， 不用锁
    if (casTabAt(tab, i, null, new Node<K,V>(hash, key, value)))
        break;                   
}
           

然后， 如果不是链表第一个object， 则直接用链表第一个object加锁，这里加的锁是synchronized，虽然效率不如 ReentrantLock， 但节约了空间，这里会一直用第一个object为锁， 直到重新计算map大小， 比如扩容或者操作了第一个object为止。

synchronized (f) {// 这里的f即为第一个链表的object
    if (tabAt(tab, i) == f) {
        if (fh >= 0) {
            binCount = 1;
            for (Node<K,V> e = f;; ++binCount) {
                K ek;
                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;
                if ((e = e.next) == null) {
                    pred.next = new Node<K,V>(hash, key, value);
                    break;
                }
            }
        }
        else if (f instanceof TreeBin) { // 太长会用红黑树
            Node<K,V> p;
            binCount = 2;
            if ((p = ((TreeBin<K,V>)f).putTreeVal(hash, key,
                                           value)) != null) {
                oldVal = p.val;
                if (!onlyIfAbsent)
                    p.val = value;
            }
        }
        else if (f instanceof ReservationNode)
            throw new IllegalStateException("Recursive update");
    }
}
           

分段锁技术是在java8以前使用的，在java8已经弃用了，更新为synchronized+cas

ConcurrentHashMap(JDK1.8)为什么要使用synchronized而不是如ReentranLock这样的可重入锁？

我想从下面几个角度讨论这个问题：

锁的粒度

首先锁的粒度并没有变粗，甚至变得更细了。每当扩容一次，ConcurrentHashMap的并发度就扩大一倍。

Hash冲突

JDK1.7中，ConcurrentHashMap从过二次hash的方式（Segment -> HashEntry）能够快速的找到查找的元素。在1.8中通过链表加红黑树的形式弥补了put、get时的性能差距。

扩容

JDK1.8中，在ConcurrentHashmap进行扩容时，其他线程可以通过检测数组中的节点决定是否对这条链表（红黑树）进行扩容，减小了扩容的粒度，提高了扩容的效率。

下面是我对面试中的那个问题的一下看法：

为什么是synchronized，而不是ReentranLock

1. 减少内存开销

假设使用可重入锁来获得同步支持，那么每个节点都需要通过继承AQS来获得同步支持。但并不是每个节点都需要获得同步支持的，只有链表的头节点（红黑树的根节点）需要同步，这无疑带来了巨大内存浪费。

2. 获得JVM的支持

可重入锁毕竟是API这个级别的，后续的性能优化空间很小。

synchronized则是JVM直接支持的，JVM能够在运行时作出相应的优化措施：锁粗化、锁消除、锁自旋等等。这就使得synchronized能够随着JDK版本的升级而不改动代码的前提下获得性能上的提升。