ConcurrentHashMap - 如何实现线程安全

ConcurrentHashMap 通过细粒度锁和 CAS 操作实现高效线程安全，具体实现因 Java 版本而异：

### **Java 7 实现（分段锁）**
1. **数据结构**  
   - 由多个 `Segment` 组成，每个 `Segment` 是一个独立的哈希表（数组 + 链表）。
   - 默认 16 个 Segment，并发度由 `concurrencyLevel` 决定。

2. **线程安全**  
   - **分段锁机制**：操作数据时，仅锁定对应 `Segment`，不同 Segment 可并行操作。
   - **锁粒度**：Segment 级别，减少锁竞争，提升并发性能。

3. **加锁方式**  
   - `put` 操作时，通过哈希确定 Segment，使用 `ReentrantLock` 锁定该 Segment。
   - 其他线程访问不同 Segment 无需阻塞。

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### **Java 8 实现（CAS + synchronized）**
1. **数据结构**  
   - `Node 数组 + 链表 + 红黑树`，类似 HashMap，但线程安全设计不同。
   - 链表长度 ≥8 时转为红黑树，哈希冲突时查询效率更高。

2. **线程安全**  
   - **CAS 无锁化**：空桶插入使用 CAS 设置头节点，避免加锁。
   - **细粒度锁**：非空桶时，仅 `synchronized` 锁定头节点，锁粒度细化到单个桶。

3. **加锁方式**  
   - **插入流程**：
     1. 计算哈希定位到桶。
     2. 若桶为空，CAS 写入头节点。
     3. 若桶非空，`synchronized` 锁住头节点，遍历链表/树插入或更新。
   - 不同桶的操作完全并行，仅相同桶的线程竞争锁。

4. **扩容优化**  
   - 多线程协作扩容：当检测到扩容，线程协助迁移数据，提升效率。

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### **线程安全共性**
- **弱一致性迭代器**：迭代过程中数据可能被修改，不会抛出 `ConcurrentModificationException`。
- **原子性保证**：复合操作（如 `putIfAbsent`）通过锁或 CAS 保证原子性。
- **高效统计**（Java 8）：`size` 使用 `LongAdder` 思想，通过多个计数器减少竞争。

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### **总结**
- **Java 7**：分段锁降低锁竞争，提升并发度。
- **Java 8**：CAS + `synchronized` 细化锁粒度，结合红黑树优化查询，并发性能更优。

通过上述机制，ConcurrentHashMap 在保证线程安全的同时，显著减少了锁竞争，适用于高并发场景。