java8的ConcurrentHashMap为何放弃分段锁

今天突然被一个同事问到java8为何放弃分段锁，于是花了点时间针对这个问题进行了小小的总结。

jdk1.7分段锁的实现

和hashmap一样，在jdk1.7中ConcurrentHashMap的底层数据结构是数组加链表。和hashmap不同的是ConcurrentHashMap中存放的数据是一段段的，即由多个Segment(段)组成的。每个Segment中都有着类似于数组加链表的结构。

关于Segment

ConcurrentHashMap有3个参数：

1. initialCapacity：初始总容量，默认16
2. loadFactor：加载因子，默认0.75
3. concurrencyLevel：并发级别，默认16

其中并发级别控制了Segment的个数，在一个ConcurrentHashMap创建后Segment的个数是不能变的，扩容过程过改变的是每个Segment的大小。

关于分段锁

段Segment继承了重入锁ReentrantLock，有了锁的功能，每个锁控制的是一段，当每个Segment越来越大时，锁的粒度就变得有些大了。

• 分段锁的优势在于保证在操作不同段 map 的时候可以并发执行，操作同段 map 的时候，进行锁的竞争和等待。这相对于直接对整个map同步synchronized是有优势的。
• 缺点在于分成很多段时会比较浪费内存空间(不连续，碎片化); 操作map时竞争同一个分段锁的概率非常小时，分段锁反而会造成更新等操作的长时间等待; 当某个段很大时，分段锁的性能会下降。

jdk1.8的map实现

和hashmap一样,jdk 1.8中ConcurrentHashmap采用的底层数据结构为数组+链表+红黑树的形式。数组可以扩容，链表可以转化为红黑树。

什么时候扩容？

1. 当前容量超过阈值
2. 当链表中元素个数超过默认设定（8个），当数组的大小还未超过64的时候，此时进行数组的扩容，如果超过则将链表转化成红黑树

什么时候链表转化为红黑树？

当数组大小已经超过64并且链表中的元素个数超过默认设定（8个）时，将链表转化为红黑树

ConcurrentHashMap的put操作代码如下:

把数组中的每个元素看成一个桶。可以看到大部分都是CAS操作，加锁的部分是对桶的头节点进行加锁，锁粒度很小。

为什么不用ReentrantLock而用synchronized ?

• 减少内存开销:如果使用ReentrantLock则需要节点继承AQS来获得同步支持，增加内存开销，而1.8中只有头节点需要进行同步。
• 内部优化:synchronized则是JVM直接支持的，JVM能够在运行时作出相应的优化措施：锁粗化、锁消除、锁自旋等等。

参考

• https://my.oschina.net/pingpangkuangmo/blog/817973
• https://www.wanaright.com/2018/09/30/java10-concurrenthashmap-no-segment-lock/
• https://blog.csdn.net/mian_csdn/article/details/70185104