面试之Hashtable和ConcurrentHashMap

那么要如何保证HashMap的线程安全呢？ 方法有不少，好比使用Hashtable或者Collections.synchronizedMap，可是这两位选手都有一个共同的问题：性能。由于不论是读仍是写操做，他们都会给整个集合上锁，致使同一时间的其余操做被阻塞。

虽然Hashtable和Collections.synchronizedMap解决了HashMap的线程不安全的问题，可是带来了运行效率不佳的问题。

基于以上所述，兼顾了线程安全和运行效率的ConcurrentHashMap就出现了。

在了解了HashMap以后，接下来就开始了解一下ConcurrentHashMap。
ConcurrentHashMap与HashMap相比，最关键的是要理解一个概念：segment。
Segment其实就是一个Hashmap 。Segment也包含一个HashEntry数组，数组中的每个HashEntry既是一个键值对，也是一个链表的头节点。
Segment对象在ConcurrentHashMap集合中有2的N次方个，共同保存在一个名为segments的数组当中。（类比HashMap来理解Segment就好）

所以ConcurrentHashMap的结构为：

换言之，ConcurrentHashMap是一个双层哈希表。在一个总的哈希表下面，有若干个子哈希表。（这样的双层结构，相似于数据库水平拆分来理解）

ConcurrentHashMap如此的设计，优点主要在于：
每一个segment的读写是高度自治的，segment之间互不影响。这称之为“锁分段技术”；

看一下并发状况下的ConcurrentHashMap：
情景一：不一样segment的并发写入

不一样的Segment是能够并发执行put操做的

情景二：同一segment的并发写入

由于segment的写入是上锁的，所以对 同一segment的并发写入会被阻塞;

情景三：同一segment的一写一读

同一segment的写和读是能够并发执行的；

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看到此处，就已经知道了ConcurrentHashMap的并发状况，有兴趣的话能够继续看下ConcurrentHashMap的具体读写过程。

Get方法：

1.为输入的Key作Hash运算，获得hash值。

2.经过hash值，定位到对应的Segment对象

3.再次经过hash值，定位到Segment当中数组的具体位置。

Put方法：

1.为输入的Key作Hash运算，获得hash值。

2.经过hash值，定位到对应的Segment对象

3.获取可重入锁

4.再次经过hash值，定位到Segment当中数组的具体位置。

5.插入或覆盖HashEntry对象。

6.释放锁。

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看到此处，对于ConcurrentHashMap的Get和Put的过程（读写过程）就有了一个完整的了解了。
基于上述，会有一个问题：
每个segment各自持有锁，那么在调用size()方法的时候（size()在实际开发大量使用），怎么保持一致性呢？
详细描述一下上面问题的情景：
Size方法的目的是统计ConcurrentHashMap的总元素数量， 确定要把每一个segment内部的元素数量都加起来。
那么假设一种状况，在统计segment元素数量的过程当中，在统计结束前，已统计过的segment插入了新的元素，size()返回的数量就会出现不一致的问题。
为解决这个问题，ConcurrentHashMap的Size()方法是经过一个嵌套循环解决的，大致过程以下：
1.遍历全部的Segment。

2.把Segment的元素数量累加起来。

3.把Segment的修改次数累加起来。

4.判断全部Segment的总修改次数是否大于上一次的总修改次数。若是大于，说明统计过程当中有修改，从新统计，尝试次数+1；若是不是。说明没有修改，统计结束。

5.若是尝试次数超过阈值，则对每个Segment加锁，再从新统计。

6.再次判断全部Segment的总修改次数是否大于上一次的总修改次数。因为已经加锁，次数必定和上次相等。

7.释放锁，统计结束。

这种解决办法是否是似曾相识？没错，这种思想和乐观锁悲观锁的思想一模一样（不熟悉乐观锁的道友能够看我转的一篇很是生动的介绍，传送门）

为了避免锁全部segment，首先乐观地假设size过程当中不会有修改。当尝试必定次数，才无奈转悲观，锁住全部segment以保证一致性。

补充：
一、以上都是基于Java1.7的ConcurrentHashMap原理和代码；

二、ConcurrentHashMap在对Key求Hash值的时候进行了两次Hash，目的是为了实现Segment均匀分布。

小结

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说了那么多，针对Map子类的安全性能够总结以下几点：

• HashMap采用链地址法解决哈希冲突，多线程访问哈希表的位置并修改映射关系的时候，后执行的线程会覆盖先执行线程的修改，因此不是线程安全的
• Hashtable采用synchronized关键字解决了并发访问的安全性问题可是效率较低
• ConcurrentHashMap使用了线程锁分段技术，每次访问只容许一个线程修改哈希表的映射关系，因此是线程安全的