ConcurrentHashMap 是 Java 并发包中的一种线程安全哈希表实现。它的设计经历了从 JDK 1.7 到 JDK 1.8 的重大革新。1.7 版本采用分段锁机制，而 1.8 版本则转向了 CAS + synchronized 的方式，为并发性能提供了更优的保障。
ConcurrentHashMap 是 Java 并发编程中的重要工具，其设计和实现体现了 Java 在并发控制方面的不断演进。从 JDK 1.7 的分段锁机制到 JDK 1.8 的 CAS + synchronized 优化，ConcurrentHashMap 的发展不仅提升了并发性能，还带来了更简洁的代码结构和更高的可维护性。
在 JDK 1.7 中，ConcurrentHashMap 采用了分段锁（Lock Stripping）机制，即将整个哈希表划分为多个段（Segment），每个段都拥有一个独立的锁。这种设计允许不同段之间并发操作，从而提高了并发性能。然而，分段锁也带来了一些复杂性，特别是在处理需要跨段操作的方法时，如 size()、isEmpty() 和 containsValue()，这些方法可能需要锁定整个表，影响性能。
在 JDK 1.8 中，ConcurrentHashMap 优化了这一机制，取消了分段锁，转而采用 CAS（Compare and Swap）和 synchronized 来保证线程安全性。这种设计使得 ConcurrentHashMap 的并发性能得到了进一步提升，同时也简化了代码结构。CAS 是一种乐观并发控制算法，通过现代处理器的 CMPXCHG 指令实现，减少了锁的开销。而 synchronized 则用于在必要时进行锁操作，确保数据的一致性。
ConcurrentHashMap 的内部结构由 Node、TreeNode、TreeBin 和 ForwardingNode 等类组成。Node 用于存储键值对，TreeNode 是 Node 的子类，用于处理红黑树结构。TreeBin 则是对 TreeNode 的封装，负责管理红黑树的相关操作。ForwardingNode 是在扩容时使用的特殊节点，其 key、value 和 hash 都为 null，并指向新 table 数组。
ConcurrentHashMap 的构造方法包括多种方式，其中最常见的是通过给定初始容量来创建。构造方法内部会处理初始容量，确保其为 2 的幂次方，并在第一次插入数据时初始化 table 数组。这种设计使得 ConcurrentHashMap 在初始化时更加高效。
在实现细节上，ConcurrentHashMap 使用了 volatile 关键字来确保变量的可见性。例如，Node 类中的 val 和 next 属性都使用了 volatile，这有助于在多线程环境中保持数据的一致性。此外，ConcurrentHashMap 还利用了 CAS 操作来修改其属性和进行一些操作，如 tabAt 和 casTabAt 方法。
ConcurrentHashMap 的方法实现复杂且高效，特别是在处理并发操作时。get 方法通过哈希计算定位到相应的 Node，而 put 方法则需要获取锁并进行相应的操作。这些方法的设计使得 ConcurrentHashMap 在高并发环境下能够保持较高的性能。
总之，ConcurrentHashMap 的演进体现了 Java 在并发控制方面的不断优化和创新。无论是分段锁还是 CAS + synchronized 的机制，其核心目标都是提高并发性能，同时确保线程安全。对于 Java 开发者来说，理解这些机制和实现细节不仅有助于更好地使用 ConcurrentHashMap，还能提升在并发编程方面的整体能力。
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