Java ConcurrentHashMap面试题

1. ConcurrentHashMap的工作原理是什么？

ConcurrentHashMap是线程安全的哈希表，通过高效的并发控制机制，在并发环境下进行数据存取。在JDK 1.7和JDK 1.8中有两种不同的实现。

JDK 1.7 实现：

分段锁（Segment）：ConcurrentHashMap将整个HashMap分成多个Segment，每个Segment类似一个小的HashMap，并且用锁来保护。因此，多个线程可以同时访问不同的Segment，从而提高并发性能。

JDK 1.8 实现：

CAS 和 synchronized：ConcurrentHashMap移除了分段锁机制，转而使用CAS操作和synchronized锁来实现操作原子性。
哈希桶数组（Node数组）：每个桶存放一个链表（或红黑树，在冲突严重时转换）。
volatile 关键字：使用volatile关键字保证变量的可见性，避免脏数据。

ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(1, "One");
String value = map.get(1);

2. ConcurrentHashMap和Hashtable的区别是什么？

锁的粒度：ConcurrentHashMap采用分段锁（JDK 1.7）或CAS和synchronized（JDK 1.8）。锁的粒度更细，允许更高的并发度。Hashtable对每个方法都加上synchronized关键字进行同步，锁的粒度较大，导致高并发性能较差。

Hashtable<Integer, String> hashtable = new Hashtable<>();
hashtable.put(1, "One");
String value = hashtable.get(1);

3. ConcurrentHashMap的size方法是如何实现的？

ConcurrentHashMap的size方法用于返回哈希表中键值对的数量。由于哈希表是并发访问的，获取精确的大小可能会导致性能瓶颈，因此size方法采用了一种折衷的方法。

ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(1, "One");
int size = map.size();

4. ConcurrentHashMap的get方法是否要加锁，为什么？

ConcurrentHashMap的get方法不需要加锁。get方法采用了unsafe方法，来保证线程安全。

ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(1, "One");
String value = map.get(1);

5. ConcurrentHashMap迭代器是强一致性还是弱一致性？

ConcurrentHashMap迭代器是弱一致性的，在迭代过程中可修改集合。

Iterator<Map.Entry<Integer, String>> iterator = map.entrySet().iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    Map.Entry<Integer, String> entry = iterator.next();
    // 可以修改map
}

6. ConcurrentHashMap 1.7和1.8的区别是什么？

JDK 1.7：分段锁（Segment），整个HashMap被分为多个Segment，每个Segment用一把锁保护。
JDK 1.8：移除了分段锁机制，转而使用CAS操作和synchronized锁来实现操作原子性，提高了并发性。

// JDK 1.7
ConcurrentHashMap<Integer, String> chm1 = new ConcurrentHashMap<>();
// JDK 1.8
ConcurrentHashMap<Integer, String> chm2 = new ConcurrentHashMap<>();

7. ConcurrentHashMap为什么不支持key或value为null？

ConcurrentHashMap不允许null key或null value，因为null检查是HashMap中查找和更新操作的一部分。如果允许null值，将需要额外的null检查，这会降低性能。

ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(null, "One"); // 抛出NullPointerException
map.put(1, null); // 抛出NullPointerException

8. ConcurrentHashMap的put()方法如何实现线程安全？

在JDK 1.8中，put方法通过CAS操作尝试插入或更新。如果失败则使用synchronized锁保护链表或红黑树操作。

ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
map.put(1, "One");

9. ConcurrentHashMap的扩容机制是怎样的？

当负载因子达到阈值时，进行扩容。扩容时锁住整个数组，防止其他线程的并发操作。

ConcurrentHashMap<Integer, String> map = new ConcurrentHashMap<>();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    map.put(i, "Value" + i); // 可能会触发扩容
}