软件技术 · 知识点深化 · 并发编程
并发容器 ConcurrentHashMap：从分段锁到 CAS+synchronized
HashMap 并发扩容会死循环，HashTable 一把锁锁全表太慢。ConcurrentHashMap 就是为并发而生：JDK7 用分段锁 Segment，JDK8 抛弃 Segment 改用 CAS + synchronized 锁住桶头节点，读完全无锁。这一页讲透它的演进、size 怎么算、为什么禁用 null。
① 怎么学（4 步走，约 70 分钟）
先建立直觉再抠细节，按这四步走最稳：
1看图建立直觉（10 分钟）
读②③：先在脑子里画出本课核心结构图。
2记完整体系（15 分钟）
读④：把对比表和公式看懂，不要急着背。
3跟例题走一遍（20 分钟）
精读⑤：看三个例题怎么用知识点解题。
4刷题纠错（剩余时间）
做⑦⑩，错题回⑥诊断。
本课小目标学完你要能：① 对比 ConcurrentHashMap 与 HashMap/HashTable；② 说出 JDK7 分段锁与 JDK8 桶锁区别；③ 解释 size 怎么并发统计；④ 说明 key/value 为什么不能是 null。
② 一图看懂：ConcurrentHashMap 演进全景
读法：中心是本课主题，四条分支展开核心维度，下方是典型应用与高频易错点。
③ 本质直觉：ConcurrentHashMap 就是"分柜台售票"
HashMap 像一个窗口排大队，HashTable 更狠——全窗口只开一个闸门，所有人等一把钥匙（synchronized 锁整个 table）。
JDK7 的 ConcurrentHashMap 把柜台切成 N 段（默认 16），每段一把锁。不同段的写操作互不阻塞，并发度 = 段数。
JDK8 干脆连段都不要了：数组每个桶的第一个节点用 synchronized 锁住，CAS 尝试插入空桶。锁粒度从"段"细化到"桶"，并发度更高。读操作因为 value 是 volatile，完全不加锁。
size 怎么算？直接数全表要加锁，太重。JDK8 用 CounterCell 数组分散计数：竞争时不同线程往不同 Cell 里加，最后 sum 求和。这和 LongAdder 是同一套思想。
为什么 key/value 不能是 null如果 map.get(key) 返回 null，你无法区分是"key 不存在"还是"key 对应的值就是 null"。在并发场景下这个二义性是致命的，所以 ConcurrentHashMap 直接禁止。
④ 完整知识体系
三种 Map 对比与关键机制
| 对比项 | HashMap | ConcurrentHashMap |
|---|
| 线程安全 | 否 | 是 |
| 锁粒度（JDK8） | 无 | 桶头节点 synchronized + CAS |
| null key/value | 允许 | 禁止 |
| 读操作 | 无锁 | 无锁（volatile） |
| size 统计 | 直接计数 | CounterCell 分散求和 |
| 扩容 | 单线程 transfer | 多线程协助扩容 |
put 流程hash -> 定位桶 -> 空桶 CAS 插入 -> 非空 synchronized 锁头节点后插入
size()baseCount + 所有 CounterCell 求和，竞争大时分散到 Cell
树化阈值链表长度 ≥ 8 且数组长度 ≥ 64 转红黑树
JDK8 多线程协助扩容
一个线程扩容时，其他线程 put 发现正在 transfer，会帮忙搬一部分桶（每个线程搬一段 stride）。这就是为什么 ConcurrentHashMap 扩容比 HashMap 快得多。
为什么 JDK8 抛弃 Segment
Segment 是 ReentrantLock 可重入锁，粒度还是太粗。JDK8 把锁直接降到桶头节点，锁竞争概率更低，且 CAS 无锁处理空桶，吞吐更高。
⑤ 应用场景与例题
例1 为什么 HashMap 多线程 put 会死循环？
JDK7 头插法扩容时链表成环，get 时死循环。
JDK7 扩容用头插，并发迁移时两个线程可能形成环形链表。JDK8 改尾插法已修复，但仍不推荐并发用 HashMap。
例2 ConcurrentHashMap 读要不要加锁？
为什么读快？
读操作不加锁。Node 的 val 和 next 都是 volatile，保证多线程写时读能看到最新值。只在 compute/merge 等复合操作才加锁。
例3 size() 是强一致还是弱一致？
size() 时另一个线程在 put，结果准吗？
弱一致。size() 是 baseCount + CounterCell 的近似和，不加全局锁，可能在统计过程中有新写入。这是为了性能牺牲强一致。
做题心法锁粒度越细越好：从全表→段→桶，每一步都是性能提升。
⑥ 高频错误诊断（4 条）
错误1：用 HashMap 做缓存并发 put 扩容可能死循环（JDK7）或数据丢失，必须用 ConcurrentHashMap。
错误2：以为 ConcurrentHashMap 读也要锁读完全无锁，靠 volatile 保证可见性。
错误3：put 一个 null value直接抛 NPE。key 和 value 都不允许 null。
错误4：以为 size() 精确size() 是弱一致的近似值，并发下不保证精确。
⑦ 考点真题演练（5 题）
考点分布
| 考法 | 出题形式 | 应对 |
|---|
| JDK8 锁 | 问锁粒度 | synchronized 桶头节点 |
| null | 问为什么禁止 | 二义性 |
| size | 问怎么统计 | CounterCell 分散求和 |
| 树化 | 问什么时候转红黑树 | 链表≥8且数组≥64 |
真题basic1. JDK8 ConcurrentHashMap 写操作加锁的粒度是？
真题mid2. ConcurrentHashMap 为什么不允许 null value？
真题mid3. JDK8 ConcurrentHashMap 读操作是否加锁？
真题hard4. ConcurrentHashMap 的 size() 是怎么实现的？
真题hard5. 链表转红黑树的阈值是？
⑧ 必背知识点卡
JDK7：Segment 分段锁，并发度=段数
JDK8：CAS 空桶 + synchronized 锁头节点 锁粒度更细
读：volatile 无锁
null：key/value 都禁止 二义性
size：CounterCell 分散计数，弱一致
扩容：多线程协助搬桶 比 HashMap 快
树化：链表≥8 且数组≥64 转红黑树
⑨ 动手输出：向面试官对比三种 Map
场景：面试官问"HashMap、HashTable、ConcurrentHashMap 区别"。
① HashMap：非线程安全，允许 null，单线程最快。
② HashTable：线程安全但 synchronized 锁全表，性能差，已淘汰。
③ ConcurrentHashMap：JDK8 用 CAS+synchronized 锁桶，读无锁，并发性能最好。
④ null：HashMap 允许，ConcurrentHashMap 禁止，因为二义性。
⑤ 选型：单线程 HashMap；并发读多写少用 ConcurrentHashMap。
口述思路锁粒度从全表到段到桶，每一步都在提升并发度。
⑩ 分层练习（基础 + 中档 + 拔高）
▍基础 6 题
基础1ConcurrentHashMap 锁的是什么？
JDK8 锁桶头节点。
基础2key 可以是 null 吗？
不可以，value 也不可以。
基础3读操作需要加锁吗？
不需要，靠 volatile。
基础4HashTable 为什么慢？
synchronized 锁整个 table。
基础5JDK7 用什么分段？
Segment 数组，默认 16 段。
基础6树化阈值是多少？
链表≥8 且数组≥64。
▍中档 5 题
中档1为什么 JDK8 抛弃 Segment？
Segment 粒度还是粗，桶级锁并发度更高。
中档2size() 是强一致吗？
不是，是弱一致近似值。
中档3多线程扩容怎么协助？
其他线程发现正在 transfer 会帮忙搬桶段。
中档4CounterCell 思想类似哪个类？
LongAdder，分散竞争。
中档5ConcurrentHashMap 允许 put 空值吗？
不允许，直接 NPE。
▍拔高 5 题
拔高1为什么读不加锁还能保证可见性？
Node 的 val/next 是 volatile。
拔高2CAS 插入空桶失败怎么办？
自旋重试或退化为加锁。
拔高3红黑树退化回链表的条件？
扩容时如果树节点≤6 退化为链表。
拔高4ConcurrentHashMap 迭代器是强一致吗？
弱一致，迭代过程中可能反映未完成的修改。
拔高5为什么 ConcurrentHashMap 不能用于统计总数精确值？
size() 不加全局锁，是近似和。
⑪ 记忆口诀 + 7 天复习计划
三句口诀① 分段到桶锁演进，CAS 空桶省开销。② 读无锁靠 volatile，null 二义性禁止。③ size 分散 CounterCell，弱一致换吞吐。
| 天 | 任务 | 自检 |
|---|
| 第 1 天 | 读②③，画 JDK8 结构图 | 桶锁说清 |
| 第 2 天 | 背三 Map 对比表 + 基础 6 题 | null 规则记住 |
| 第 3 天 | 做中档 5 题，解释 size 原理 | CounterCell 说清 |
| 第 4 天 | 做拔高 5 题，对比 JDK7/JDK8 | 演进能讲 |
| 第 5 天 | 做⑦真题 5 题 | 限时每题 2 分钟 |
| 第 6-7 天 | 合书口述读为什么无锁 | 不看资料 |
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