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JDK源码阅读之：JDK8的 CHM 为何放弃分段锁

xuxh120 2022-03-23 15:23 原文


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。从而达到线程安全的目的， 且效率大于 synchronized。

但是在 Java 8 之后， JDK 却弃用了这个分段锁策略，接下来详细学习一下。

 

 

 

一、jdk1.7分段锁的实现

和hashmap一样，在jdk1.7中ConcurrentHashMap的底层数据结构是数组加链表。和hashmap不同的是ConcurrentHashMap中存放的数据是一段段的，即由多个Segment(段)组成的。每个Segment中都有着类似于数组加链表的结构。

1.1 关于Segment

ConcurrentHashMap有3个参数：

  1. initialCapacity：初始总容量，默认16
  2. loadFactor：加载因子，默认0.75
  3. concurrencyLevel：并发级别，默认16

其中并发级别控制了Segment的个数，在一个ConcurrentHashMap创建后Segment的个数是不能变的，扩容过程过改变的是每个Segment的大小。

1.2 关于分段锁

段Segment继承了重入锁ReentrantLock，有了锁的功能，每个锁控制的是一段，当每个Segment越来越大时，锁的粒度就变得有些大了。

  • 分段锁的优势在于保证在操作不同段 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。这相对于直接对整个map同步synchronized是有优势的。
  • 缺点在于分成很多段时会比较浪费内存空间(不连续，碎片化); 操作map时竞争同一个分段锁的概率非常小时，分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待; 当某个段很大时，分段锁的性能会下降。

 

 

 二、jdk1.8的map实现

和hashmap一样,jdk 1.8中ConcurrentHashmap采用的底层数据结构为数组+链表+红黑树的形式。数组可以扩容，链表可以转化为红黑树。

2.1 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.

2.2 什么时候扩容？

  1. 当前容量超过阈值
  2. 当链表中元素个数超过默认设定（8个），当数组的大小还未超过64的时候，此时进行数组的扩容，如果超过则将链表转化成红黑树

2.3 什么时候链表转化为红黑树？

当数组大小已经超过64并且链表中的元素个数超过默认设定（8个）时，将链表转化为红黑树

ConcurrentHashMap的put操作代码如下:

把数组中的每个元素看成一个桶。可以看到大部分都是CAS操作，加锁的部分是对桶的头节点进行加锁，锁粒度很小。

 

 

三、为什么不用ReentrantLock而用synchronized ?

  • 减少内存开销:如果使用ReentrantLock则需要节点继承AQS来获得同步支持，增加内存开销，而1.8中只有头节点需要进行同步。
  • 内部优化: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。

 

 

　　参考资料

  • https://my.oschina.net/pingpangkuangmo/blog/817973

  • https://www.wanaright.com/2018/09/30/java10-concurrenthashmap-no-segment-lock/

  • https://cloud.tencent.com/developer/article/1509556

 

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