Java中ConcurrentHashMap在JDK8中放弃Segment引入红黑树与CAS的演进

老辰君_1627

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2026-07-20

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原创

jdk 8 中 concurrenthashmap 彻底移除 segment 分段锁,改用 cas + synchronized 桶级锁,链表超阈值转红黑树,并支持多线程协同扩容,显著提升并发性能与吞吐量。

java中concurrenthashmap在jdk8中放弃segment引入红黑树与cas的演进

ConcurrentHashMap 在 JDK 8 中的重构,核心是彻底移除了 JDK 7 的 Segment 分段锁机制,转而采用更轻量、更细粒度的 CAS + synchronized 锁机制,并在链表过长时升级为红黑树,显著提升了高并发下的吞吐量与扩容效率。

Segment 被淘汰:从分段锁到更细粒度的桶级加锁

JDK 7 中 ConcurrentHashMap 用 Segment 数组模拟“小 HashMap”,每个 Segment 是一个可重入锁(ReentrantLock),写操作需锁定整个 Segment,虽然比 Hashtable 全局锁好,但仍有锁竞争和内存开销问题。JDK 8 彻底废弃 Segment,改用 Node 数组 + volatile + CAS 操作管理元素;真正需要加锁时,只对发生冲突的单个桶(即数组某个索引位置)使用 synchronized,锁粒度从“一段”缩小到“一个桶”,并发度大幅提高。

CAS 成为读写协调的核心基础

大多数无冲突的写操作(如 putIfAbsent、computeIfAbsent)通过 Unsafe 的 CAS 原子操作完成,无需加锁;只有当目标桶为 null 或发生哈希冲突(如多个线程同时向同一桶插入)时,才进入 synchronized 块处理。CAS 保证了 head 节点更新、链表头插、扩容标记等关键步骤的原子性,避免了锁带来的上下文切换开销。

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红黑树解决链表退化性能瓶颈

当同一个桶中链表节点数 ≥ 8 且 table 长度 ≥ 64 时,链表会转换为红黑树;反之,删除后节点 ≤ 6 时再退化回链表。该设计并非单纯为了“更快”,而是防止极端哈希碰撞下 O(n) 查找退化为 O(log n),保障最坏情况下的查询/更新时间复杂度。注意:树化前提是数组已足够大(≥64),避免小表频繁树化带来额外开销。

扩容机制升级:支持多线程协同迁移

JDK 8 引入了 helpTransfer 和 transfer 协作扩容机制:当一个线程触发扩容,其他线程在访问到正在扩容的桶时,会主动协助迁移数据;扩容不是全量复制,而是将原 table 拆分为多个任务块,由多个线程并行搬运,极大缩短扩容阻塞时间。迁移过程中,新旧 table 并存,查找逻辑自动兼容两个结构。

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