【JUC】ConcurrentHashMap全解｜ReentrantLock与synchronized对比

大家好，我是程序员二叉。

简介

本篇详解ConcurrentHashMap JDK7/JDK8底层差异、放弃分段锁原因、扩容机制；对比ReentrantLock与synchronized区别，拆解ReentrantLock可重入/公平/中断/超时四大特性AQS实现原理，面试高频必背。欢迎点赞关注收藏。

一、ConcurrentHashMap JDK7 工作流程

1. 采用Segment分段锁架构，整体由Segment数组组成，每个Segment是独立小型HashTable
2. 存储结构：Segment[] → 内部HashEntry数组+单向链表
3. 存取流程：
   1. key哈希取模定位对应Segment
   2. 获取Segment独占锁
   3. 二次哈希定位桶位，遍历链表增删改查
4. 优势：相比Hashtable全局锁，多Segment可并发操作，并发能力提升

二、ConcurrentHashMap JDK8 工作流程

1. 彻底移除Segment，顶层直接是Node数组；存储结构：数组+链表+红黑树
2. 寻址：hash扰动计算哈希值定位桶下标
3. 插入逻辑：
   • 桶位为空：CAS无锁直接放入Node
   • 桶位有数据：对桶头节点加synchronized锁
   • 链表长度≥8且数组容量≥64：链表转红黑树；元素减少退化为链表
4. 查询全程无锁，依靠volatile保证可见性；size采用baseCount+CounterCells自旋计数

三、JDK7 与 JDK8 ConcurrentHashMap 核心区别

1. 锁粒度
   JDK7：Segment大分段锁；JDK8：桶级细粒度synchronized+CAS
2. 数据结构
   JDK7：数组+链表；JDK8：数组+链表/红黑树，长链表查询速度大幅提升
3. 计数方式
   JDK7：每个Segment单独维护count；JDK8：baseCount + 分段CounterCells自旋统计
4. 扩容模式
   JDK7：单个Segment独立扩容，互不干涉；JDK8：全局统一扩容，多线程协助迁移数据

四、JDK8 为什么废弃分段锁，改用CAS + synchronized

1. Segment内存开销大：16个分段自带锁、计数、对象头，占用大量堆内存；桶锁轻量化无额外开销
2. 并发吞吐量更高：同Segment下多桶无法并行，桶级锁不同哈希桶完全并发
3. synchronized锁升级优化成熟：偏向/轻量/重量级三层升级，低竞争场景性能不输AQS锁
4. 扩容效率提升：支持多线程一起迁移数据，分段锁只能单Segment独自扩容
5. 代码结构简化：去掉多层嵌套Segment，逻辑简洁易维护

五、ConcurrentHashMap JDK8 扩容机制

1. 触发阈值：元素数量达到容量 * 0.75负载因子
2. 新table容量直接扩容为原来2倍
3. 初始单线程创建新数组，之后其他读写线程可协助迁移旧桶数据
4. 迁移中旧桶标记fwd占位节点，读写碰到fwd会参与协助扩容
5. 数据迁移二分：key哈希结果只有原下标i 或 i+旧容量两个去向
6. 全部桶迁移完毕，替换全局table引用，扩容结束

六、ReentrantLock 和 synchronized 核心区别

1. 底层实现
   synchronized：JVM监视器Monitor，代码块结束自动释放锁；
   ReentrantLock：基于AQS的API层锁，必须手动lock()/unlock()
2. 中断等待
   synchronized：阻塞时不可中断，只能死等；
   ReentrantLock：lockInterruptibly()支持中断抛出异常退出等待
3. 公平锁选择
   synchronized：永久非公平锁；
   ReentrantLock：构造传true开启公平锁，默认非公平
4. 超时等待
   synchronized：无超时机制；
   ReentrantLock：tryLock(时间,单位)超时拿锁直接返回false
5. 多条件队列
   synchronized：只有1套wait/notify队列；
   ReentrantLock：可创建多个Condition，精准唤醒指定线程组
6. 释放风险
   ReentrantLock必须在finally执行unlock，否则极易永久死锁；synchronized自动释放

七、ReentrantLock四大特性AQS底层实现

1. 可重入实现

AQS中state数值记录重入次数；同一线程重复获取锁state+1；释放逐层state-1，state=0才算完全释放锁。

2. 可中断实现

lockInterruptibly()阻塞park前检测中断标识；收到中断直接抛异常，清理队列节点终止等待。

3. 超时等待实现

tryLock(long, TimeUnit)自旋时记录截止时间，时间耗尽直接放弃竞争返回false。

4. 公平锁实现

公平模式acquire前先判断阻塞队列有无前驱等待节点，有则直接入队不抢先CAS；非公平模式上来直接抢锁。

面试速记总结

1. JDK7分段锁、JDK8桶级synchronized+红黑树，细粒度锁吞吐更高
2. JDK8多线程协作扩容，负载因子固定0.75
3. ReentrantLock手动AQS锁，支持公平/中断/超时/Condition；synchronized是JVM自动监视器锁