面试题：Java多线程编程中ConcurrentHashMap的使用场景及原理

Question

请阐述在Java多线程编程里，ConcurrentHashMap通常在哪些场景下会被使用，以及它是如何实现线程安全的，与传统的HashMap相比，它在多线程环境下的优势体现在哪里？

Answer 1

ConcurrentHashMap的使用场景

1. 高并发读多写少场景：例如缓存系统，大量线程可能同时读取缓存数据，但写操作相对较少。ConcurrentHashMap能高效支持并发读，同时保证写操作的线程安全。
2. 统计场景：在统计某些数据出现的频率等场景下，多个线程可能同时更新统计结果，ConcurrentHashMap可保证数据的一致性和线程安全。

实现线程安全的方式

1. 分段锁机制（JDK1.7）：将整个哈希表分成多个段（Segment），每个段类似一个独立的HashMap，有自己的锁。不同段的操作可以并发执行，大大提高了并发性能。
2. CAS + synchronized（JDK1.8）：放弃了分段锁机制，采用数组 + 链表/红黑树结构。对于读操作，大多时候不需要加锁，通过volatile关键字保证可见性。写操作时，使用synchronized关键字锁住链表或红黑树的头节点，减少锁的粒度，提高并发度。

与传统HashMap在多线程环境下的优势

1. 线程安全：HashMap在多线程环境下是非线程安全的，可能会出现数据不一致等问题，而ConcurrentHashMap能保证线程安全。
2. 高并发性能：ConcurrentHashMap采用的机制使得读操作几乎无锁，写操作锁粒度小，相比传统HashMap在多线程环境下性能更高，能支持更高的并发量。