Java ConcurrentHashMap 的 `putVal` 方法怎么加锁

千晨小哥_7349

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2026-09-03

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concurrenthashmap在jdk 8+中不全局加锁,而是采用cas无锁插入空桶、synchronized仅锁冲突桶头节点、扩容时协助迁移的细粒度并发策略。

java concurrenthashmap 的 `putval` 方法怎么加锁

ConcurrentHashMap 在 JDK 8+ 中**不使用传统意义上的“锁”(如 synchronized 或 ReentrantLock)来保护整个 `putVal` 操作**,而是采用更精细的并发控制策略。它没有对 `putVal` 方法整体加锁,也没有在方法入口加一把大锁。

它的核心思想是:**分段无锁 + CAS + 小范围同步(synchronized 块)**。具体加锁逻辑发生在底层桶(bin)级别,且仅在必要时、针对单个链表头或红黑树根节点加锁。

1. 不加锁的主路径:CAS 尝试插入

大多数情况下,`putVal` 会先尝试用 CAS(Compare-And-Swap) 直接更新数组对应位置的节点(即 `tab[i]`):

  • 如果该桶为空(`tab[i] == null`),直接 CAS 设置为新节点;成功则返回,全程无锁。
  • 如果 CAS 失败(说明有其他线程已修改),才进入后续处理逻辑。

2. 需要加锁的两种典型场景

只有当发生哈希冲突(桶非空),且需要修改链表或树结构时,才会对**当前桶的首节点(first node)加 `synchronized` 锁**:

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  • 链表插入/遍历:若桶是普通 Node 链表,`putVal` 会 `synchronized (f)`(其中 `f = tab[i]`),然后遍历链表查找 key,决定是更新还是尾插。
  • 红黑树操作:若桶是 TreeBin(包装了红黑树),同样 `synchronized (f)`,再调用 `putTreeVal` 安全插入树中。
  • 注意:这个锁只作用于当前桶的头节点对象(一个普通 Object),不是全局锁,不同桶之间完全不互斥。

3. 扩容时的特殊协调机制

扩容(resize)过程中,`putVal` 可能遇到正在迁移的桶(标记为 `ForwardingNode`):

  • 此时不会加锁,而是协助扩容(调用 `helpTransfer`)。
  • 协助过程本身也通过 CAS 修改扩容指标和迁移状态,仅在操作某个迁移任务段时,才对对应桶加 `synchronized` 锁(同上,粒度仍是单桶)。

4. 为什么不用 ReentrantLock 或 synchronized 方法?

这是设计取舍的结果:

  • `synchronized` 方法会锁住整个 map 实例,严重串行化,违背高并发初衷。
  • `ReentrantLock` 虽可重入,但维护大量锁对象开销大,且难以实现细粒度控制。
  • 当前方案:每个桶独立锁对象(头节点本身)、CAS 快路径、扩容协作 —— 在吞吐量、内存、复杂度间取得平衡。

简单说:ConcurrentHashMap 的“加锁”是懒加载、按需、极细粒度的——只在真正要改某条链表或某棵树时,才锁住那个桶的头节点,而且只锁那一小段代码块。这不是“给 putVal 加锁”,而是“在 putVal 的局部关键区,对局部资源加局部锁”。

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