Java中的ConcurrentHashMap在JDK 8中为什么舍弃分段锁_性能优化

风杰大大_9537

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2026-03-17

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原创

jdk 8 废弃 segment 是因分段锁粒度粗、争用高、内存开销大;改用 cas + synchronized 锁单个桶头节点,提升吞吐、降低内存占用,并通过 basecount + countercell[] 实现弱一致性 size()。

java中的concurrenthashmap在jdk 8中为什么舍弃分段锁_性能优化

ConcurrentHashMap JDK 8 为什么不用 Segment 了

因为分段锁(Segment)在高并发写场景下成了瓶颈,而 JDK 8 改用 CAS + synchronized 锁单个桶(bin),实际吞吐更高、内存更省。

分段锁本质是把哈希表切成 16 个(默认)独立锁,但随着 CPU 核心数增加和写操作变多,Segment 的粒度太粗——多个线程仍可能争抢同一个 Segment;同时每个 Segment 都要维护自己的计数器、扩容逻辑,冗余开销大。

  • JDK 7 中 ConcurrentHashMap 的 put() 会先定位到 Segment,再在其内部加锁,锁的是整个段,不是具体 key
  • JDK 8 中 put() 定位到数组索引后,若桶为空则 CAS 插入;若桶有值且未加锁,就用 synchronized 锁住该 Node 头节点(即锁单个链表/红黑树头)
  • size() 在 JDK 7 是遍历所有 Segment 求和,JDK 8 改用 baseCount + CounterCell[] 分散计数,避免读时锁竞争

ConcurrentHashMap put() 在 JDK 8 中到底锁谁

只锁发生冲突的那个桶的头节点(Node 或 TreeBin),不是锁整个 table,也不是锁 key 所在的链表全部节点。

这个设计让多线程往不同桶写几乎不互斥,只有哈希碰撞严重、多个 key 落到同一桶时才可能排队。但注意:锁的是头节点引用,不是内容,所以插入、扩容、树化都靠它串行化。

  • 空桶:直接 CAS 设置 tab[i],无锁
  • 非空桶且未扩容:synchronized (f),其中 f = tab[i] 是该桶第一个 Node
  • 正在扩容:ForwardingNode 会引导线程协助迁移,此时锁的是扩容控制节点 transferIndex 相关的共享状态,不是数据桶
  • 红黑树桶:锁的是 TreeBin 对象(包装了红黑树根节点),不是 TreeNode 本身

从 JDK 7 升级到 JDK 8 后 size() 变慢了?

不会变慢,反而更稳定;但语义变了——JDK 8 的 size() 是弱一致性计数,不保证实时精确,尤其在高并发写时可能滞后几毫秒。

JavaStoryDevelop
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这是因为 JDK 8 放弃了全局加锁统计,改用分散更新:baseCount 记录基础值,冲突时写入 CounterCell[] 数组,size() 要遍历数组累加。这避免了读写互斥,但代价是「最终一致」。

  • 如果业务依赖强一致的大小判断(比如“必须等 size == 100 才触发动作”),不能直接用 size(),得配合 get() 或自定义计数器
  • mappingCount() 和 size() 行为一致,只是返回 long,推荐新代码用它
  • 频繁调用 size() 不会阻塞写操作,但极端情况下(如大量线程同时调用)可能触发 CounterCell 数组扩容,有轻微开销

ConcurrentHashMap 在 JDK 8 中扩容时怎么保证线程安全

靠 ForwardingNode 标记 + 多线程协作迁移,不阻塞读写,也不用全局锁。

当某个线程发现容量不足,会尝试设置 sizeCtl 为负数(表示扩容中),然后带头迁移;其他线程遇到 ForwardingNode(hash 值为 -1)就知道该桶已迁移或正在迁移,会去帮着搬别的桶,而不是等待。

  • 每个线程通过 transferIndex 原子减量领取待迁移的桶区间,避免重复搬、漏搬
  • 读操作(get())遇到 ForwardingNode 会直接跳转到新表查询,不影响正确性
  • 写操作(put())遇到 ForwardingNode 也会先协助迁移,再重试插入,确保新旧表状态收敛
  • 扩容不是一步到位,而是渐进式,所以单次操作延迟可控,但整个扩容过程可能持续多个 CPU 时间片

真正容易被忽略的是:扩容期间 size() 的结果可能包含新旧两表的计数混合,且 containsKey() 或 get() 虽然能正确返回,但中间态可能导致某次遍历(如 keySet().iterator())看到部分旧数据、部分新数据——这不是 bug,是设计使然。

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