Java併發程式設計：併發容器之ConcurrentHashMap
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JDK5中添加了新的concurrent包，相對同步容器而言，併發容器通過一些機制改進了併發效能。因為同步容器將所有對容器狀態的訪問都
序列化了，這樣保證了執行緒的安全性，所以這種方法的代價就是嚴重降低了併發性，當多個執行緒競爭容器時，吞吐量嚴重降低。因此Java5.0開
始針對多執行緒併發訪問設計，提供了併發效能較好的併發容器，引入了java.util.concurrent包。與Vector和Hashtable、
Collections.synchronizedXxx()同步容器等相比，util.concurrent中引入的併發容器主要解決了兩個問題：
1）根據具體場景進行設計，儘量避免synchronized，提供併發性。
2）定義了一些併發安全的複合操作，並且保證併發環境下的迭代操作不會出錯。
util.concurrent中容器在迭代時，可以不封裝在synchronized中，可以保證不拋異常，但是未必每次看到的都是"最新的、當前的"資料。
下面是對併發容器的簡單介紹：
ConcurrentHashMap代替同步的Map（Collections.synchronized（new HashMap()）），眾所周知，HashMap是根據雜湊值分段儲存的，同步Map在同步的時候鎖住了所有的段，而ConcurrentHashMap加鎖的時候根據雜湊值鎖住了雜湊值鎖對應的那段，因此提高了併發效能。ConcurrentHashMap也增加了對常用複合操作的支援，比如"若沒有則新增"：putIfAbsent()，替換：replace()。這2個操作都是原子操作。
CopyOnWriteArrayList和CopyOnWriteArraySet分別代替List和Set，主要是在遍歷操作為主的情況下來代替同步的List和同步的Set，這也就是上面所述的思路：迭代過程要保證不出錯，除了加鎖，另外一種方法就是"克隆"容器物件。
ConcurrentLinkedQuerue是一個先進先出的佇列。它是非阻塞佇列。
ConcurrentSkipListMap可以在高效併發中替代SoredMap（例如用Collections.synchronzedMap包裝的TreeMap）。
ConcurrentSkipListSet可以在高效併發中替代SoredSet（例如用Collections.synchronzedSet包裝的TreeMap）。
本篇文章著重講解2個併發容器：ConcurrentHashMap和CopyOnWriteArrayList其中的ConcurrentHashMap，CopyOnWriteArrayList在下一篇文章中講述。
大家都知道HashMap是非執行緒安全的，Hashtable是執行緒安全的，但是由於Hashtable是採用synchronized進行同步，相當於所有執行緒進行讀寫時都去競爭一把鎖，導致效率非常低下。
ConcurrentHashMap可以做到讀取資料不加鎖，並且其內部的結構可以讓其在進行寫操作的時候能夠將鎖的粒度保持地儘量地小，不用對整個ConcurrentHashMap加鎖。
ConcurrentHashMap的內部結構
ConcurrentHashMap為了提高本身的併發能力，在內部採用了一個叫做Segment的結構，一個Segment其實就是一個類Hash Table的結構，Segment內部維護了一個連結串列陣列，我們用下面這一幅圖來看下ConcurrentHashMap的內部結構：
從上面的結構我們可以瞭解到，ConcurrentHashMap定位一個元素的過程需要進行兩次Hash操作，第一次Hash定位到Segment，第二次Hash定位到元素所在的連結串列的頭部，因此，這一種結構的帶來的副作用是Hash的過程要比普通的HashMap要長，但是帶來的好處是寫操作的時候可以只對元素所在的Segment進行加鎖即可，不會影響到其他的Segment，這樣，在最理想的情況下，ConcurrentHashMap可以最高同時支援Segment數量大小的寫操作（剛好這些寫操作都非常平均地分佈在所有的Segment上），所以，通過這一種結構，ConcurrentHashMap的併發能力可以大大的提高。
Segment
我們再來具體瞭解一下Segment的資料結構：
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static final class Segment<K,V> extends ReentrantLock implements Serializable
{
transient volatile int count;
transient int modCount;
transient int threshold;
transient volatile HashEntry<K,V>[]
table;
final float loadFactor;
}
|
詳細解釋一下Segment裡面的成員變數的意義：
- count：Segment中元素的數量
- modCount：對table的大小造成影響的操作的數量（比如put或者remove操作）
- threshold：閾值，Segment裡面元素的數量超過這個值依舊就會對Segment進行擴容
- table：連結串列陣列，陣列中的每一個元素代表了一個連結串列的頭部
- loadFactor：負載因子，用於確定threshold
HashEntry
Segment中的元素是以HashEntry的形式存放在連結串列陣列中的，看一下HashEntry的結構：
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static final class HashEntry<K,V>
{
final K
key;
final int hash;
volatile V
value;
final HashEntry<K,V>
next;
}
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可以看到HashEntry的一個特點，除了value以外，其他的幾個變數都是final的，這樣做是為了防止連結串列結構被破壞，出現ConcurrentModification的情況。
ConcurrentHashMap的初始化
下面我們來結合原始碼來具體分析一下ConcurrentHashMap的實現，先看下初始化方法：
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