Java 中 ConcurrentHashMap 1.8 怎么结合 synchronized 锁

阿伟小哥_9788

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2026-11-01

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原创

ConcurrentHashMap JDK 1.8 采用 CAS + synchronized 协同实现线程安全,synchronized 仅锁单个桶的头节点(链表首节点或红黑树根节点),CAS 处理无竞争写入,读操作全程无锁依赖 volatile 可见性。

java 中 concurrenthashmap 1.8 怎么结合 synchronized 锁

ConcurrentHashMap 在 JDK 1.8 中不再使用分段锁(Segment),而是通过 CAS + synchronized 协同实现线程安全,其中 synchronized 的作用对象非常具体:只锁单个桶(bin)的头节点(Node),而不是整个 Map、整个数组,甚至不是整条链表或整棵树。

锁的是“桶的头节点”,不是整个结构

ConcurrentHashMap 底层是 Node[] 数组,每个数组位置称为一个“桶”。当发生写操作(如 put、remove)需要修改某个桶时:

  • 如果该桶为空,先用 CAS 尝试插入新节点;成功则完成,无需加锁
  • 如果该桶已有元素(即头节点非 null),则对这个头节点对象执行 synchronized (first)
  • 锁住的是 当前桶的链表头节点或红黑树根节点,其他桶完全不受影响
  • 锁的持有时间极短,仅覆盖哈希计算、节点查找、插入/删除等关键步骤

synchronized 和 CAS 是分工协作的关系

CAS 负责无竞争场景下的快速写入,synchronized 处理竞争后的串行化保障:

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  • CAS 用于初始化桶、插入第一个节点、协助扩容、更新 count 控制变量等原子操作
  • 一旦发现桶非空且存在并发写入,就进入 synchronized 块,在临界区内安全地遍历链表/红黑树、插入新节点、调整结构
  • 例如 putVal() 方法中:先 CAS 尝试插头节点;失败则 synchronized 锁头节点,再检查是否需转树、是否要扩容

为什么选 synchronized 而不是 ReentrantLock?

这是 JDK 1.8 的关键优化决策,基于实际性能与实现简洁性:

  • JDK 1.6+ 后 synchronized 已深度优化:支持偏向锁、轻量级锁(基于 CAS)、自旋、锁消除和锁粗化
  • 在“锁持有时间极短 + 锁竞争不激烈”的典型场景下,synchronized 的开销已接近甚至优于 ReentrantLock
  • 语法更简洁,JVM 层面可做更多逃逸分析和优化(比如锁消除),而 ReentrantLock 需显式 lock/unlock,易出错
  • 细粒度锁本身已大幅降低竞争概率,没必要引入更重的可重入锁机制

读操作全程无锁,靠 volatile 保证可见性

synchronized 主要服务于写操作,而读操作设计为完全无锁:

  • Node 数组、Node 的 next 和 val 字段均用 volatile 修饰
  • get() 方法直接按地址读取,不加锁也不 CAS,依赖 volatile 的 happens-before 语义确保看到最新值
  • 这也意味着迭代器是弱一致性的:遍历时可能看不到某些刚写入的元素,也不会抛 ConcurrentModificationException

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