注：內容主要參考《java併發程式設計的藝術》一書

為什麼要使用ConcurrentHashMap？

在併發程式設計的時候使用HashMap容易導致程式死迴圈，而使用HashTable效率比較低

（1）執行緒不安全的Hashmap

為什麼執行緒不安全？

a） hashmap是採用鏈地址法解決hash衝突的，底層由陣列和連結串列構成。當多個執行緒對同一個雜湊對映進行操作的時候，也就是對同一個陣列位置進行修改，一個執行緒代用addEntry（）方法新增一個節點，然後第二個執行緒也新增一個節點，這時第二個執行緒的操作就會覆蓋掉第一個執行緒的操作，造成資料丟失。

b） 除了資料可能丟失，Hashmap在併發執行put操作的時候還可能造成死迴圈。因為當多執行緒執行put操作的時候，Entry陣列容量可能不夠，就會進行擴容。假設其中一個雜湊地址上有A和B兩個元素。一個執行緒發現不夠，準備擴容，就在這個時候，第二個執行緒介入了，第二個執行緒也發現容量不夠開始擴容，擴大為原來的兩倍，然後把A元素複製到新hash表中，接著把B元素查到連結串列的頭部。這些完成之後，第一個執行緒又開始操作，導致A的next節點指向B元素，B的next節點指向A，形成了一個環形資料結構。一旦形成環形資料結構，Entry元素的的next節點永遠不為空，就會出現死迴圈獲取Entry元素的情況。

2）效率低下的hashtable

HashTable使用synchronized來保證執行緒安全，線上程競爭激烈的情況下HashTable的效率很低。

為什麼效率低下？

因為當一個執行緒訪問HashTable的同步方法，其他執行緒也訪問HashTable的同步方法時，就會進入阻塞或者輪詢狀態。比如，當執行緒1使用put方法新增元素的時候，執行緒2不僅不能使用put方法來新增元素，也不能使用get方法獲取元素，於是競爭越激烈效率越低。

3）ConcurrentHashMap如何提高併發訪問效率

HashTable在併發條件下訪問效率低的原因是所有訪問hashtable的執行緒都去競爭同意把鎖。假如容器中有多把鎖，每一把鎖用來鎖住容器裡的一部分資料，當多個執行緒訪問不同的資料段的資料時，執行緒之間就不會發生鎖競爭的現象了，可以有效地提升併發訪問效率。ConcurrentHashMap就是這麼做的，叫做鎖分段技術。首先把資料分為一段一段的進行儲存，然後給以一個數據段配一把鎖，當一個執行緒訪問一個數據段的資料時，其他執行緒可以訪問其他資料段的資料。

4）底層實現

ConcurrentHashMap的底層由Segment陣列和HashEntry陣列構成的。

static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable

Segment繼承了RetrantLock，所以每一個segment都是一個可重入鎖。每一個segment對應一個HashEntry陣列，每一個HashEntry對應著一個連結串列結構的元素。這樣每一個segment就守護者一個HashEntry陣列中的元素，想要更改這些元素，首先要獲得它對應的Segment鎖。

4.1）定位segment

既然使用分段鎖segment來保護不同資料段，那麼在插入和獲取元素的時候，要首先通過雜湊演算法定位到Segment。在ConcurrentHashMap中會首先對元素的雜湊值進行一次再雜湊。再雜湊的目的就是為了減少雜湊衝突，是元素能均勻地分佈到不同的Segment上，提升容器的存取的效率。如果沒有再雜湊，假如雜湊的質量很差，所有的元素都在一個Segment上，那麼所有的執行緒都會競爭同一把Segment鎖，不僅存取元素的速度很慢，分段鎖也失去了意義。

在ConcurrentHashMap中我們主要關注get和put操作。

4.2）get操作

get操作的過程是：先經過一次再雜湊操作，使用這個雜湊值經過雜湊運算定位到Segment，在通過雜湊運算定位到需要的元素。

get操作比較高效的地方在於：在整個get過程不需要加鎖，除非讀到的值是空，才需要加鎖重新讀取。在HashTable中get操作是需要加鎖的所以效率比較低。

如何實現不加鎖的？

不加鎖的原因是在get方法裡把將要使用的共享變數定義成volatile變數，比如用來統計segment大小的count和HashEntry裡用來儲存值的value。定義成volatile的變數，能夠線上程之間保持可見性，當多執行緒同時讀的時候，保證不會拿到過期的值。

為什麼不會讀到過期的值？

因為根據java記憶體模型的happen-before原則，volatile變數的寫操作優先於讀操作，即使兩個兩個執行緒同時修改和讀取volatile變數，get操作也能拿到最新的值。這是用volatile來替換鎖的一個經典場景。

4.3）put操作

在put方法裡需要對共享變數進行寫入操作，為了保證執行緒安全，需要進行加鎖。put方法首先定位到Segment，然後在Segment裡記性插入操作。插入操作主要有兩個步驟：

第一步：判斷Segment裡的HashEntry陣列是否需要進行擴容

是否需要擴容？

Segment的擴容判斷相比Hashmap更合適，因為Hashmap中是先插入元素再判斷元素是否達到容量，如果擴容之後沒有元素插入，這次擴容就沒什麼用了。 而Segment擴容是先判斷容量是否超過閾值，再進行插入操作，可以避免這個問題

如何擴容？

擴容的時候，先建立一個大小是原來兩倍的陣列，然後把原陣列的元素經過再雜湊之後複製過來。為了提高效率，並不會對整個容器進行擴容，而是隻針對某個Segment進行擴容。

第二步：定位元素需要插入的位置，然後把元素放到HashEntry數組裡面 。