在Java并发编程中，ConcurrentHashMap是一个常用的线程安全的哈希表实现。与Hashtable和SynchronizedMap不同，ConcurrentHashMap通过精细的锁策略和无锁算法提供了更高的并发性能。本文将深入分析ConcurrentHashMap的底层结构，揭示其高效并发的秘密。
段（Segment）的结构
在早期版本的ConcurrentHashMap中，它使用“段”的概念来划分数据。每个段本质上是一个小的哈希表，包含自己的锁。这种设计允许不同段的锁可以独立加锁，从而提高了并发性能。
static class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable {
private static final long serialVersionUID = 2249069246763182397L;
transient volatile HashEntry<K,V>[] table;
}
每个段都有自己的锁和哈希表数组，这样在进行并发操作时，不同的线程可以针对不同的段进行操作，减少了线程间的竞争。
段的动态扩容
随着并发量的增加，单个段内的竞争可能会加剧。为了解决这个问题，ConcurrentHashMap支持段的动态扩容。当一个段中的键值对数量超过一定阈值时，它会分裂成两个段，从而降低单个段内的冲突概率。
优化后的节点结构
在JDK 8中，ConcurrentHashMap进行了重大的重构，去掉了段的概念，采用了更加细粒度的锁策略。它引入了新的内部类Node、TreeNode和ReservationNode来表示键值对。
static class Node<K,V> implements Map.Entry<K,V> {
final int hash;
final K key;
volatile V val;
volatile Node<K,V> next;
}
这些节点根据哈希值组织在不同的桶中，每个桶由一个链表或红黑树（当链表长度超过一定阈值时会转换为红黑树）表示，以解决哈希冲突问题。
无锁算法的应用
JDK 8中的ConcurrentHashMap还采用了无锁算法，如CAS操作，来实现更高级别的并发性能。例如，在插入新节点时，会通过CAS操作尝试更新链表的头部节点，如果多次失败则使用锁来保证更新的原子性。
// CAS操作尝试更新头节点
while (!tryUpdate(hash, key, hash, value, null)) {
// ...可能的锁操作...
}
总结
通过对ConcurrentHashMap底层结构的分析，我们可以看到它如何通过段的划分、动态扩容、优化的节点结构和无锁算法来提供高效的并发性能。这些设计思想体现了Java并发包对高性能并发编程的支持，为开发者提供了强大的工具来构建多线程应用。
