讲师中心 微信公众号
AI工具推荐 视频效率加速

如何利用 ConcurrentHashMap 的 CAS 指令与synchronized块实战掌握无锁化并发控制

陌杰君_3564

陌杰君_3564

发布时间:2026-05-19 15:43:06

|

821人浏览过

|

来源于php中文网

原创

ConcurrentHashMap 采用 CAS 与 synchronized 协作机制:CAS 用于空桶插入、状态更新等无竞争场景,synchronized 仅锁冲突桶头节点,读操作彻底无锁依赖 volatile;CAS 有节制重试并规避 ABA,多变量更新由分段计数器处理。

concurrenthashmap 的 cas 与 synchronized 并非互斥手段,而是分工明确的协作机制:cas 处理无竞争的原子写入,synchronized 应对真实竞争时的临界区保护。掌握它,关键不是背代码,而是理解“什么情况走无锁、什么情况必须加锁”。

CAS 主要用于空桶插入和状态变量更新

CAS 在 ConcurrentHashMap 中最典型的用途是向空桶写入第一个节点,以及控制表初始化、扩容等全局状态。这些操作天然具备“一次成功、失败即退”的特征,适合乐观策略。

  • 插入新键值对时,先用 tabAt() 读取桶头节点;若为 null,立即调用 casTabAt() 尝试原子设置——成功则完成插入,全程无锁
  • 初始化哈希表时,通过 CAS 修改 sizeCtl 判断是否由当前线程执行 initTable(),避免多个线程重复初始化
  • 扩容触发阶段,也是靠 CAS 更新 sizeCtl 为负值来“抢到”扩容权,失败者转为协助迁移

synchronized 只锁真正冲突的桶头节点

当 CAS 失败(比如桶已非空),说明存在并发写入,此时才启用 synchronized 锁定该桶的头节点(Node 对象本身),而非整个 Map 或 Segment。锁的范围极小,且只在必要时出现。

  • 锁对象是具体桶的首节点(synchronized(f)),不同桶之间完全不干扰
  • 进入同步块后,会再次检查 tabAt(table, i) == f,防止被其他线程抢先迁移或修改,保证操作前提依然成立
  • 链表插入、红黑树转换、树节点插入等结构变更,都在这个同步块内完成,逻辑集中、边界清晰

读操作彻底无锁,靠 volatile 保障可见性

get() 方法从不加锁,也不用 CAS,仅依赖 Node 内部字段(如 val、next)声明为 volatile,配合 CPU 内存屏障,确保读线程总能看到最新写入结果。

  • 即使另一线程正在同一桶中执行 synchronized 插入,读线程也能安全读取已存在的节点
  • 扩容过程中,旧表节点被迁移到新表,但迁移是逐桶进行的;未迁移的桶仍可正常读写,已迁移的桶会在新表上继续服务
  • 这种设计让读性能几乎不受并发写影响,特别适合读多写少场景

实战中要注意 CAS 的局限性和应对方式

CAS 不是万能的,它在高冲突、多字段协同更新等场景下会失效。ConcurrentHashMap 的设计已规避多数陷阱,但开发者需知其边界。

  • ABA 问题被规避:sizeCtl 等关键状态变量虽用 CAS,但其语义设计天然防 ABA(例如 -1 表示初始化中,-(1+N) 表示 N 个线程扩容中,数值含义唯一)
  • 自旋重试有节制:空桶插入失败后不会无限重试,而是快速退到 synchronized 路径,避免 CPU 空转
  • 不支持多变量原子更新:例如不能用单个 CAS 同时更新 size 和 table,所以 size() 使用分段计数器 CounterCell + volatile long baseCount,再辅以 CAS 更新计数器数组

热门AI工具

更多
豆包大模型

豆包大模型是一款由字节跳动推出的企业级大语言模型服务平台。

讯飞绘文

讯飞绘文是一款由科大讯飞推出的一站式 AIGC 内容运营平台。

切问学术

切问学术是一款AI论文写作工具,复旦大学NLP团队推出的AI学术智能体。

SkildArt
SkildArt Hot

SkildArt是一款AI文本写作工具,一站式 AI 视觉创作平台。

PixTV
PixTV Hot

PixTV是一款面向AIGC内容创作的AI视频生成工具。

立刻MV
立刻MV Hot

立刻MV是一款AI文本写作工具,AI 音乐视频(MV)创作工具。

DeepSeek

DeepSeek是一款面向对话、写作、编程和推理场景的AI大模型工具。

WorkBuddy

一款AI办公效率工具,主要用于腾讯云推出的AI原生桌面智能体工作台,适合需要提升相关任务效率的用户。

VibeKnow
VibeKnow Hot

一款AI视频创作工具,主要用于全球首个AI知识视频创作平台,文档、文章、网页,一键生成视频,适合需要提升相关任务效率的用户。

相关专题

更多
java
java

Java是一个通用术语,用于表示Java软件及其组件,包括“Java运行时环境 (JRE)”、“Java虚拟机 (JVM)”以及“插件”。php中文网还为大家带了Java相关下载资源、相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

10797

2023.06.15

java正则表达式语法
java正则表达式语法

java正则表达式语法是一种模式匹配工具,它非常有用,可以在处理文本和字符串时快速地查找、替换、验证和提取特定的模式和数据。本专题提供java正则表达式语法的相关文章、下载和专题,供大家免费下载体验。

7922

2023.07.05

java自学难吗
java自学难吗

Java自学并不难。Java语言相对于其他一些编程语言而言,有着较为简洁和易读的语法,本专题为大家提供java自学难吗相关的文章,大家可以免费体验。

6872

2023.07.31

java配置jdk环境变量
java配置jdk环境变量

Java是一种广泛使用的高级编程语言,用于开发各种类型的应用程序。为了能够在计算机上正确运行和编译Java代码,需要正确配置Java Development Kit(JDK)环境变量。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

1164

2023.08.01

java保留两位小数
java保留两位小数

Java是一种广泛应用于编程领域的高级编程语言。在Java中,保留两位小数是指在进行数值计算或输出时,限制小数部分只有两位有效数字,并将多余的位数进行四舍五入或截取。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

948

2023.08.02

java基本数据类型
java基本数据类型

java基本数据类型有:1、byte;2、short;3、int;4、long;5、float;6、double;7、char;8、boolean。本专题为大家提供java基本数据类型的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

1416

2023.08.02

java有什么用
java有什么用

java可以开发应用程序、移动应用、Web应用、企业级应用、嵌入式系统等方面。本专题为大家提供java有什么用的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2849

2023.08.02

java在线网站
java在线网站

Java在线网站是指提供Java编程学习、实践和交流平台的网络服务。近年来,随着Java语言在软件开发领域的广泛应用,越来越多的人对Java编程感兴趣,并希望能够通过在线网站来学习和提高自己的Java编程技能。php中文网给大家带来了相关的视频、教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读和下载。

20131

2023.08.03

OpenJDK JVM参数怎么调优
OpenJDK JVM参数怎么调优

Java应用运行缓慢,如何调整JVM参数?本专题介绍OpenJDK JVM性能调优的基本流程,涵盖性能指标确认、运行数据采集、内存配置和垃圾回收分析,帮助你先定位瓶颈,再通过对照测试验证效果,避免直接套用参数而影响应用稳定性。

80

2026.10.16

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程
关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn