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面试题:Java ConcurrentHashMap分段锁机制下的扩容过程是怎样的

详细描述在Java ConcurrentHashMap基于分段锁机制的情况下,当需要进行扩容时,其具体的操作步骤以及如何保证在扩容过程中并发访问的一致性和数据的完整性。
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编程语言Java

知识考点

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面试题答案

一键面试
  1. 扩容操作步骤

    • 确定扩容时机:当某个Segment中的元素数量达到了该Segment的负载因子(loadFactor)与容量(capacity)的乘积时,就会触发该Segment的扩容。
    • 创建新的数组:每个Segment在扩容时会创建一个新的Entry数组,新数组的大小是原数组大小的2倍。
    • 重新计算元素位置:遍历原Segment中的Entry数组,对每个元素重新计算在新数组中的位置。这是通过元素的哈希值与新数组的长度减1进行按位与运算(hash & (newCapacity - 1))来确定新的索引位置。
    • 迁移元素:将原数组中的元素迁移到新数组对应的位置上。在迁移过程中,会处理链表的情况,如果原位置是链表结构,在新数组中可能会因为重新计算位置而分散到不同位置,或者依然在同一位置但链表结构可能会有所调整。
    • 替换数组:完成所有元素迁移后,将新数组替换原数组。
  2. 保证并发访问一致性和数据完整性

    • 分段锁机制
      • 由于ConcurrentHashMap基于分段锁,每个Segment有自己独立的锁。在扩容时,只有需要扩容的Segment会被锁定,其他Segment依然可以正常进行读、写操作,这保证了整体的并发性能。
      • 读操作:对于读操作,由于不需要获取锁(除了涉及到size等需要统计全局信息的操作),所以在扩容过程中读操作可以正常进行。在扩容时,即使某个Segment正在迁移元素,读操作仍然可以从原数组中读取数据,因为读操作不会修改数据结构。
      • 写操作:写操作(如put操作)在进入需要扩容的Segment时,会获取该Segment的锁。如果此时该Segment正在扩容,写操作会等待扩容完成后再进行。这保证了在扩容过程中,不会有新的写操作干扰扩容,从而保证了数据的完整性。
    • volatile修饰
      • ConcurrentHashMap中的一些关键变量,如每个Segment的table数组,是使用volatile修饰的。这保证了在扩容过程中,当新数组替换原数组时,其他线程能够及时感知到这个变化,从而读取到最新的数据,保证了并发访问的一致性。