ConcurrentHashMap源码和面试题

话不多说，直接总结，乐于分享，懂得都懂！

1、CurrentHashMap的实现原理?

ConcurrentHashMap的出现主要为了解决hashmap在并发环境下不安全，JDK1.8ConcurrentHashMap的设计与实现非常精巧，大量的利用了volatile，CAS等乐观锁技术来减少锁竞争对于性能的影响，ConcurrentHashMap保证线程安全的方案是：

JDK1.8：synchronized+CAS+HashEntry+红黑树；
JDK1.7：ReentrantLock+Segment+HashEntry。

JDK7 ConcurrentHashMap

在JDK1.7中ConcurrentHashMap由Segment(分段锁)数组结构和HashEntry数组组成，且主要通过Segment(分段锁)段技术实现线程安全。

Segment是一种可重入锁，是一种数组和链表的结构，一个Segment中包含一个HashEntry数组，每个HashEntry又是一个链表结构，因此在ConcurrentHashMap查询一个元素的过程需要进行两次Hash操作，如下所示：

第一次Hash定位到Segment，
第二次Hash定位到元素所在的链表的头部
正是通过Segment分段锁技术，将数据分成一段一段的存储，然后给每一段数据配一把锁，当一个线程占用锁访问其中一个段数据的时候，其他段的数据也能被其他线程访问，能够实现真正的并发访问。

这样结构会使Hash的过程要比普通的HashMap要长，影响性能，但写操作的时候可以只对元素所在的Segment进行加锁即可，不会影响到其他的Segment，ConcurrentHashMap提升了并发能力。

JDK8 ConcurrentHashMap

在JDK8ConcurrentHashMap内部机构：数组+链表+红黑树，Java 8在链表长度超过一定阈值(8)时将链表（寻址时间复杂度为O(N)）转换为红黑树（寻址时间复杂度为O(long(N)))，结构基本上与功能和JDK8的HashMap一样，只不过ConcurrentHashMap保证线程安全性。

在JDK1.8中摒弃了Segment分段锁的数据结构，基于CAS操作保证数据的获取以及使用synchronized关键字对相应数据段加锁来实现线程安全，这进一步提高了并发性。（CAS原理详情）

static class Node implements Map.Entry {
       final int hash;
       final K key;
       volatile V val;  //使用了volatile属性
       volatile Node next;  //使用了volatile属性
  ...
  }

Node中，使用了volatile关键字修饰value和next，保证并发的可见性。其中Node子类有：

ForwardingNode： 扩容节点，只是在扩容阶段使用的节点，主要作为一个标记，在处理并发时起着关键作用，有了ForwardingNodes，也是ConcurrentHashMap有了分段的特性，提高了并发效率

TreeBin： TreeNode的代理节点，用于维护TreeNodes，ConcurrentHashMap的红黑树存放的是TreeBin

TreeNode： 用于树结构中，红黑树的节点（当链表长度大于8时转化为红黑树），此节点不能直接放入桶内，只能是作为红黑树的节点

ReservationNode： 保留结点

ConcurrentHashMap中查找元素、替换元素和赋值元素都是基于sun.misc.Unsafe中原子操作实现多并发的无锁化操作。

static final  Node tabAt(Node[] tab, int i) {
      return (Node)U.getObjectAcquire(tab, ((long)i << ASHIFT) + Abase);
  }

  static final  boolean casTabAt(Node[] tab, int i,
                                      Node c, Node v) {
      return U.compareAndSetObject(tab, ((long)i << ASHIFT) + Abase, c, v);
  }

  static final  void setTabAt(Node[] tab, int i, Node v) {
      U.putObjectRelease(tab, ((long)i << ASHIFT) + Abase, v);
  }

2、JDK1.8 中为什么使用内置锁 synchronized替换 可重入锁 ReentrantLock？

在 JDK1.6 中，对 synchronized 锁的实现引入了大量的优化，并且 synchronized 有多种锁状态，会从无锁 -> 偏向锁 -> 轻量级锁 -> 重量级锁一步步转换。

减少内存开销 。假设使用可重入锁来获得同步支持，那么每个节点都需要通过继承 AQS 来获得同步支持。但并不是每个节点都需要获得同步支持的，只有链表的头节点（红黑树的根节点）需要同步，这无疑带来了巨大内存浪费。

3、ConcurrentHashMap 的并发度是什么？

并发度可以理解为程序运行时能够同时更新 ConccurentHashMap且不产生锁竞争的最大线程数。在JDK1.7中，实际上就是ConcurrentHashMap中的分段锁个数，即Segment[]的数组长度，默认是16，这个值可以在构造函数中设置。

如果自己设置了并发度，ConcurrentHashMap 会使用大于等于该值的最小的2的幂指数作为实际并发度，也就是比如你设置的值是17，那么实际并发度是32。

如果并发度设置的过小，会带来严重的锁竞争问题；如果并发度设置的过大，原本位于同一个Segment内的访问会扩散到不同的Segment中，CPU cache命中率会下降，从而引起程序性能下降。

在JDK1.8中，已经摒弃了Segment的概念，选择了Node数组+链表+红黑树结构，并发度大小依赖于数组的大小。

4、ConcurrentHashMap 不支持 key 或者 value 为 null 的原因？

我们先来说value 为什么不能为 null。因为 ConcurrentHashMap 是用于多线程的 ，如果ConcurrentHashMap.get(key)得到了 null ，这就无法判断，是映射的value是 null ，还是没有找到对应的key而为 null ，就有了二义性。

而用于单线程状态的 HashMap 却可以用containsKey(key) 去判断到底是否包含了这个 null 。

5、ConcurrentHashMap 的 put 方法执行逻辑是什么？