❗️Как работает ConcurrentHashMap под капотом?

ConcurrentHashMap – это высокопроизводительная реализация Map, специально разработанная для многопоточной среды. Она гарантирует безопасность данных при одновременном доступе и минимизирует использование блокировок.

💡 Основные механизмы:

🟡 Сегментация данных (до 8 java): Данные разделялись на сегменты, и блокировка происходила на уровне сегмента, а не всей карты. Это обеспечивало параллельный доступ к разным частям карты.

🟡 Кассовые таблицы (Java 8+): Вместо сегментов используется структура на основе Node[] – массив узлов. Это сделало структуру более гибкой. Вместо сегментации применяется механизм Fine-Grained Locking и Compare-And-Swap:
- Compare-And-Swap используется для операций записи, что позволяет избегать блокировок для большинства операций. Операции с разными бакетами могут выполняться параллельно, поскольку локальная блокировка применяется только к отдельному узлу или бакету.
- Fine-Grained Locking минимизирует область блокировок. Например, если требуется масштабирование (resize) или обработка коллизий, потоки могут продолжать работу с другими бакетами, даже если один из них временно заблокирован.
- synchronized применяется только для случаев, когда CAS не справляется (например, при реорганизации данных или сложных операциях). Это помогает поддерживать баланс между безопасностью и производительностью.

🟡 Масштабируемый массив (Resizable Array): Масштабирование в ConcurrentHashMap происходит градуально, чтобы избежать блокировки всей структуры. Новый массив создаётся с увеличенным размером, и данные переносятся постепенно, по частям. Во время переноса используется специальный узел ForwardingNode, который перенаправляет операции к новому массиву, обеспечивая корректную работу всех потоков.

📚 Основные методы:

🔘 get(Object key):
Легковесная операция, не требует блокировок. Ключ хэшируется, затем вычисляется индекс сегмента. Если в сегменте есть соответствующий узел, он возвращается.

🔘 put(K key, V value):
- Сначала используется CAS для вставки нового элемента.
- Если CAS не срабатывает (например, при наличии коллизии), включается локальная блокировка на соответствующей корзине.

🔘computeIfAbsent/compute:
Более сложные операции, которые комбинируют вычисления с модификацией. Используются короткие локи для минимизации блокировки других потоков.

⚠️ Особенности:

- ConcurrentHashMap не допускает хранения null для ключей и значений. Это связано с невозможностью различать отсутствие значения и реальное хранение null.
- Итерации по карте предоставляют "слабо согласованные" данные, что означает, что изменения, происходящие параллельно, могут быть частично видны.

Документация

@javalib #java